ANEXO II

Diseño de la Medida de Mitigación en los Puquíos del Salar de Llamara

Adenda III Estudio de Impacto Ambiental Pampa Hermosa PRAMAR ambiental consultores

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ADENDA III ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL PAMPA HERMOSA

DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

Informe Nº: 898035 Fecha: 12-julio-2010

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Vicuña Mackenna 4860, Macul, Santiago – Chile / Fono: (56-2) 354 4227-4219 / Fax: (56-2) 354 5876 / www.dictuc.cl

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“SQM S.A.” 1. Tipo Informe

2. Cuerpo del Informe Informe técnico 59 hojas 3. Título del Proyecto 4. Fecha Informe “ADENDA III: Estudio de Impacto Ambiental Pampa Hermosa 12 de julio de 2010 Diseño de la Medida de Mitigación en los Puquíos del Salar de Llamara” 5. Autor (es) 6. Contrato Jefe de Proyecto: José F. Muñoz Convenio DICTUC S.A. – Ingenieros de Proyecto: Fernando Varas, Sebastián Elgueta SQM 7. Nombre y Dirección de la Organización Investigadora 8. Período de Investigación DICTUC; Pontificia Universidad Católica de Chile Dic-2009 a Ene 2010 Vicuña Mackenna Nº 4860, Casilla 306 – Correo 22, Macul – Santiago 9. Antecedentes de la Institución Mandante 10. Contraparte Técnica Nombre : SQM S.A. Nombre: Pablo Pisani Dirección: Los Militares 4290, Las Condes, Santiago Cargo: Gerente de Medio Ambiente RUT: 93.007.000-9 Teléfono: +562 4252567 Fax: +562 4252570 11. Resumen En este informe se presenta el diseño de la medida de mitigación para los Puquíos del Salar de Llamara que contempla el proyecto Pampa Hermosa de SQM. Se presenta el modelo de funcionamiento conceptual de los puquíos, información sobre la cual se sustenta el diseño conceptual y el diseño de detalle. Corresponde a una actualización del informe Nº 854506.

_________________________

__________________________

José F. Muñoz

DICTUC S.A.

Jefe de Proyecto Notas: “Este informe anula y reemplaza al informe Nº 871287” “La información contenida en el presente informe no podrá ser reproducida total o parcialmente, para fines publicitarios, sin la autorización previa y por escrito de Dictuc S.A.” DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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10-002

SQM S.A.

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Santiago, julio de 2010

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CONTENIDOS Item 1 2

3 4

5

Contenido

Pág.

INTRODUCCIÓN....................................................................................................................................... 5 MODELO CONCEPTUAL DEL SECTOR DE PUQUÍOS.................................................................... 5 2-1 BATIMETRÍA .......................................................................................................................................... 6 2-2 NIVELES .............................................................................................................................................. 15 2-3 PERFILES HIDROGEOLÓGICOS .............................................................................................................. 19 2-4 CALIDAD QUÍMICA DEL AGUA.............................................................................................................. 27 DISEÑO CONCEPTUAL DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN ......................................................... 37 DISEÑO DE DETALLE DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN ........................................................... 44 4-1 DISEÑO HIDRÁULICO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS ................................................................................. 44 4-2 DISEÑO DE LOS POZOS DE INFILTRACIÓN ............................................................................................. 48 4-3 DISEÑO DE CAMINOS DE SERVICIOS ..................................................................................................... 49 4-4 SISTEMA DE CONTROL DEL CAUDAL DE INYECCIÓN ............................................................................. 49 ANEXO ...................................................................................................................................................... 56

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1 INTRODUCCIÓN La Dirección General de Aguas (DGA) en el Informe Consolidado de Solicitud de Aclaraciones, Rectificaciones y/o Ampliaciones (ICSARA) Nº1 del proyecto Pampa Hermosa, solicitó el diseño de la medida de mitigación del sistema de puquíos del Salar de Llamara, propuesta en el Estudio de Impacto Ambiental. En los ICSARA Nº2 y N°3 del mismo proyecto, se han solicitado algunas modificaciones adicionales para complementar el diseño ya presentado. En este informe se expone el diseño de la medida de mitigación. La primera parte presenta el modelo de funcionamiento conceptual de los puquíos, información sobre la cual se sustentan los diseños conceptual y de detalle, presentados en la segunda y tercera parte del documento, respectivamente. Esta información ha sido actualizada con la última información disponible del monitoreo que SQM realiza regularmente en los puquíos, además de los últimos levantamientos realizados para complementar la línea base. La información base para la conceptualización del sistema y el diseño de la medida de mitigación, corresponde a información obtenida de terreno, que incluye batimetría de los cuerpos de agua, pruebas de infiltración, exploraciones geológicas, muestreo de agua superficial y subterránea y seguimiento de niveles.

2 MODELO CONCEPTUAL DEL SECTOR DE PUQUÍOS Para la confección del modelo hidrogeológico conceptual del sector de puquíos se desarrollaron las siguientes actividades: -

-

-

-

-

Batimetría de los puquíos. Se realizó un levantamiento batimétrico de todos los cuerpos de agua presentes en el sector, salvo el pozo artificial CP1 ubicado al oeste de los puquíos N1 y N2. Validación de la medida de mitigación. Esta actividad consistió en la realización de pruebas de infiltración en tres sectores: al norte del puquío N2, al norte del puquío N3 y al norte del puquío sin agua (ver AnexoV.2 Adenda 1) Construcción de punteras para descripción estratigráfica del subsuelo. Se perforaron 15 punteras de 7,5 cm de diámetro y de una profundidad media de 5,5 m ubicados entre 100 m y 500 m al norte de los puquíos con el propósito de conocer el subsuelo del sector. Construcción de sondajes para medición de conductividad hidráulica vertical. Se realizaron tres perforaciones de 7,5 cm de diámetro y 5 m de profundidad ubicadas a un costado de las calicatas utilizadas en la validación de la medida de mitigación. Se obtuvo muestras de suelo inalteradas que fueron ensayadas en laboratorio, donde se determinó la conductividad hidráulica vertical y la curva granulométrica. Muestreo de agua. Se tomaron muestras de agua de los cuatro puquíos, además de las calicatas antes y durante la realización de las pruebas de infiltración. Las muestras fueron

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enviadas a analizar para la determinación de elementos mayores y menores, así como también de algunos elementos trazas. Adicionalmente se cuenta con un mayor registro histórico del nivel de los puquíos, lo que ha permitido contar con las series estacionales completas, sin alteraciones producto de la extracción de agua irregular realizada a comienzos del 2007 por terceros (desde el pozo o puquío artificial CP1 aledaño a N1). A continuación se presenta una breve descripción de los principales resultados obtenidos en cada uno de estos trabajos de terreno, que sustentan el diseño de la medida de mitigación.

2-1 Batimetría Se realizó un levantamiento batimétrico de todos los cuerpos de agua natural presentes en el sector de puquíos, correspondientes a los puquíos N1, N2, N3 y N4, cuya ubicación se muestra en la Figura 2.1. En base a la información batimétrica obtenida, se calcularon relaciones entre la cota (msnm) y el volumen acumulado, y entre la cota y la superficie del espejo de agua en los cuatro cuerpos de agua principales, las que se presentan en los gráficos de la Figura 2.2 y Figura 2.3 respectivamente. Se observa que, en términos generales, la relación entre la cota o altura de la columna de agua y el volumen del puquío es similar en los cuatro cuerpos estudiados, lo que refleja que su forma también es parecida. Para pequeñas columnas de agua, el volumen embalsado aumenta poco al aumentar sucesivamente la altura del agua, sin embargo, pasado cierto umbral la pendiente de la curva aumenta hasta hacerse prácticamente lineal. Basados en la capacidad de embalsar agua, los puquíos del Salar de Llamara pueden clasificarse como muy pequeños. En efecto, el puquío que es capaz de contener el mayor volumen de agua embalsado es el N2, con 2.400 m3 (muy similar a una piscina olímpica: 2.500 m3, 50x25x2m), en tanto el puquío más pequeño es el N1, el cual puede contener hasta 760 m3. Respecto a la superficie del espejo de agua, el puquío N2 puede llegar a tener hasta 6.100 m2 de superficie, siendo este el más grande, en tanto el espejo de agua en el puquío N4 es el más pequeño, pudiendo alcanzar hasta los 1.875 m2.

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Figura 2.1. Ubicación de los cuerpos de agua principales presentes en el sector de Puquíos del Salar de Llamara en los que se realizó batimetría, además del pozo XT-8.

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Puquío N1 800

Volumen acumulado (m3)

700 600 500 400 300 200 100 0 743.85 743.90 743.95 744.00 744.05 744.10 744.15 744.20 744.25 744.30 744.35 744.40 744.45 744.50 744.55 744.60 744.65 744.70 744.75

Cota (msnm)

Puquío N2

Volumen acumulado (m 3)

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 744.05

744.10

744.15

744.20

744.25

744.30

744.35

744.40

744.45

744.50

744.55

744.60

744.65

744.70

744.75

744.80

744.85

Cota (msnm)

Figura 2.2. Relación entre cota y volumen acumulado en los Puquíos del Salar de Llamara.

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Puquío N3 1800

Volumen acumulado (m3)

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 745.1

745.2

745.3

745.4

745.5

745.6

745.7

745.8

745.9

746

746.1

746.2

746.3

746.4

746.5

746.6

Cota (msnm)

Puquío N4

Volumen acumulado (m 3)

1200

1000

800

600

400

200

0 744.8

744.9

745

745.1

745.2

745.3

745.4

745.5

745.6

745.7

745.8

745.9

Cota (msnm)

Figura 2.2 (continuación). Relación entre cota y volumen acumulado en los Puquíos del Salar de Llamara.

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Puquío N1

Superficie espejo de agua (m 2)

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 743.85 743.90 743.95 744.00 744.05 744.10 744.15 744.20 744.25 744.30 744.35 744.40 744.45 744.50 744.55 744.60 744.65 744.70 744.75

Cota (msnm)

Puquío N2

Superficie espejo de agua (m2)

7000 6000 5000 4000

3000 2000 1000 0 744.05

744.10

744.15

744.20

744.25

744.30

744.35

744.40

744.45

744.50

744.55

744.60

744.65

744.70

744.75

744.80

744.85

Cota (msnm)

Figura 2.3. Relación entre cota y superficie de espejo de agua en los Puquíos del Salar de Llamara.

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Puquío N3

Superficie espejo de agua (m 2)

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 745.1

745.2

745.3

745.4

745.5

745.6

745.7

745.8

745.9

746

746.1

746.2

746.3

746.4

746.5

746.6

Cota (msnm)

Puquío N4

Superficie espejo de agua (m2)

2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0 744.8

744.9

745

745.1

745.2

745.3

745.4

745.5

745.6

745.7

745.8

745.9

Cota (msnm)

Figura 2.3 (continuación). Relación entre cota y superficie de espejo de agua en los Puquíos del Salar de Llamara.

En las Figuras 2.4 a 2.7 se presenta la profundidad media anual de los puquíos N1, N2, N3 y N4 en base al levantamiento batimétrico realizado, junto a la posición de las regletas en color rojo. En ellas se puede apreciar que los puquíos N1, N2 y N3 presentan fondos regulares, con profundidades máximas de entre 50 y 60 cm para los puquíos N1 y N2 y entre 40 y 50 cm para el puquío N3. El puquío N4 presenta una forma más cónica, con un fondo más profundo al centro donde existe una profundidad media anual de entre 70 y 80 cm. DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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El levantamiento topobatimétrico realizado arrojó los mismos valores de nivel de agua para los puquíos N1 y N2, lo que comprueba que el nivel de agua del puquío N1 es el mismo que el puquío N2 y que se trata del mismo cuerpo de agua desde la perspectiva hidrogeológica. Luego, la cota media anual de agua en el puquío N2 es igual a la cota media anual en el puquío N1

Figura 2.4. Profundidad media anual de agua en el Puquío N1.

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Figura 2.5. Profundidad media anual de agua en el Puquío N2.

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Figura 2.6. Profundidad media anual de agua en el Puquío N3.

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Figura 2.7. Profundidad media anual de agua en el Puquío N4. 2-2 Niveles El monitoreo sistemático del nivel de la cota de agua superficial de los puquíos del Salar de Llamara se inició una vez que se detectó una extracción de agua no autorizada por parte de terceros, situación ocurrida aproximadamente entre enero y marzo de 2007, lo que prácticamente secó los puquíos N1 y N2. De esta manera, el análisis del comportamiento temporal del nivel debe tener en cuenta esta situación. La Figura 2.9 muestra los niveles registrados en los puquíos, observándose que el nivel en las regletas Nº1 (punto de extracción), R2N2 y R3N2 (puquío N2) (ubicación de las regletas en Figura 2.8), presentó un aumento constante hasta fines de agosto de 2008, momento a partir del cual los niveles comienzan a disminuir producto del aumento en la tasa de evaporación DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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estacional. Lo anterior, puede interpretarse como que los puquíos han recuperado su funcionamiento normal, situación que se ha verificado durante el transcurso del año 2009, al registrarse niveles mínimos naturales por primera vez, con tendencia a la mantención en la medición de marzo de 2009 y un segundo nivel máximo en agosto del mismo año. Por otro lado, el nivel de los puquíos más alejados (R4N3 y R5N4) no se vio afectado por la extracción no autorizada de 2007, lo que permite inferir una desconexión hidráulica entre ambos sectores de puquíos. El nivel superficial de estos cuerpos de agua, parece ser menos variable, siguiendo igualmente un patrón estacional dominado por la evaporación, con mínimos al término del verano y máximos al término del invierno. La magnitud de la respuesta estacional de los puquíos está relacionada con la tasa de recarga de cada uno de ellos. En efecto, en la Figura 2.9 se observa que el puquío N2 presenta una oscilación de unos 18 cm entre invierno y verano, denotando que durante el verano la tasa de recarga no es suficientemente grande para compensar el aumento en la tasa de evaporación. Los puquíos N3 y N4 por el contrario presentan una oscilación de unos 8 a 10 centímetros, siendo N3 el puquío que presenta la menor oscilación, lo que indica una mayor tasa de recarga. Este comportamiento se correlaciona muy bien con la salinidad de cada puquío y con los materiales que conforman el acuífero circundante. El puquío N2 presenta la mayor salinidad, mientras que N3 presenta la salinidad menor. Por otra parte, la información estratigráfica del acuífero indica que los estratos son más permeables frente a N3 que frente a N2 y que además el puquío N4 se encuentra desconectado del acuífero aledaño. Durante la primera quincena de septiembre de 2008 se realizó una de las visitas al sector de puquíos, donde se pudo observar el nivel de los cuerpos de agua en su máxima expresión. Como puede observarse en la Figura 2.10, durante este período húmedo se produce una inundación importante en el sector de los puquíos N1 y N2, donde muchas de las pequeñas pozas ubicadas entre los puquíos N1 y N2 -que se mantienen desconectadas superficialmente la mayor parte del año- se fusionan, debido al aumento en el nivel de agua. La Tabla 2.1 presenta los niveles mínimo histórico, mínimo y máximo estacional y medio anual de todos los puquíos más la regleta 1 ubicada en el pozo CP1 (ver Figura 2.8) Tabla 2.1. Niveles mínimo estacional e histórico, máximo y medio de los cuerpos de agua con registro de nivel en el sector Puquíos del Salar de Llamara Cuerpo de agua

Nivel mínimo histórico (msnm)

Nivel mínimo estacional (msnm)

Nivel máximo estacional (msnm)

Nivel medio anual (msnm)

Regleta N°1

744,83

744,98

745,10

745,04

Puquíos N1 y N2

744,24

744,67

744,86

744,76

Puquío N3

745,82

745,82

745,89

745,86

Puquío N4

745,64

745,64

745,77

745,71

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Figura 2.8. Ubicación de las regletas en el sector de Puquíos.

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746,0 745,9 745,8 745,7 745,6 745,5 745,4

Nivel de agua (msnm)

745,3 745,2 745,1 745,0 744,9 744,8 744,7 744,6 744,5 744,4 744,3 744,2 744,1 May07

Jul-07

Sep07

Nov07

Ene08

Mar08

Regleta Nº1 (R1)

May08

Jul-08 R2N2

Sep08

Nov08

R3N2

Ene09 R4N3

Mar09

May09

Jul-09

Sep09

Nov09

Ene10

R5N4

Figura 2.9. Nivel superficial de las regletas de los puquíos.

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Figura 2.10. Fotografía tomada en septiembre de 2008 donde se observa el sector de los puquíos N1 y N2 (la regleta que se observa en la figura corresponde a la R3N2). 2-3 Perfiles hidrogeológicos Basado en información estratigráfica y de niveles piezométricos, obtenida durante los trabajos de terreno realizados en el sector de puquíos, han sido confeccionados seis perfiles hidrogeológicos cuya ubicación en planta es presentada en la Figura 2.11. En el perfil 1 (Figura 2.12) se distinguen cuatro unidades estratigráficas principales. En superficie se presenta una costra evaporítica, la cual varía en su dureza y proporción de arcilla en función de la distancia a los puquíos. A medida que se aleja del afloramiento de agua aumenta la cantidad de arcilla y su dureza. Subyaciendo a este estrato es posible identificar dos estratos, uno de ellos compuesto por intercalaciones de arena y arcillas secas que se acuñan hacia el sur, desapareciendo por completo a la altura de las calicatas C1 y C9. El otro está compuesto por una arcilla café, muy plástica e impermeable, que se encuentra húmeda pero no saturada, por lo que no corresponde al acuífero propiamente tal. El espesor de esta capa arcillosa es variable, presentando una potencia de 1,5 m aproximadamente en el borde norte del perfil y 2 m en el sector de la calicata C9. Finalmente bajo el estrato arcilloso se encuentra el acuífero propiamente tal, que se encuentra conformado por yeso granular, con un tamaño de partícula que puede ser categorizada como arena desde el punto de vista granulométrico, y que en este perfil presenta un porcentaje de arcilla no despreciable. DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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Desde el punto de vista hidráulico, en los perfiles estratigráficos presentados de la Figura 2.12 a la Figura 2.17 se observa que existe un flujo subterráneo que ocurre desde el norte hacia el sur. Respecto del funcionamiento del acuífero, se pueden identificar dos comportamientos: a) libre, desde el norte del perfil (P4NS) hasta 80 m antes de la calicata C9, y b) confinado desde C9 hasta el puquío sin agua. El comportamiento confinado fue claramente observable durante la construcción de las calicatas, cuando el nivel del agua aumento desde algunos centímetros (C9) hasta alrededor de 2 m, posterior a su construcción. El perfil 2 presentado en la Figura 2.13, contiene las mismas unidades identificadas en el perfil 1 y en el mismo orden, diferenciándose de éste por un estrato de evaporita de textura masiva identificado en la calicata P1N2. Adicionalmente se presenta el nivel estático del pozo XT-8, perforado hasta 50 m, el que es muy similar al nivel estabilizado en la calicata P2N2 luego de su construcción. Lo anterior indica que el acuífero alumbrado en las calicatas corresponde al mismo acuífero perforado por el pozo XT-8, el cual alimenta los cuerpos de agua de puquíos. El perfil 3 (Figura 2.14) ubicado frente al puquío N3 posee las mismas características estratigráficas de los perfiles 1 y 2. Sin embargo, en este perfil la capa arcillosa se acuña en el sector de la puntera P4N3, desapareciendo por completo a la altura de las calicatas P1N3 y P2N3. Este hecho implica que el acuífero se comporte, al menos a lo largo de este perfil, como freático. En el perfil 4 (Figura 2.15) se pueden identificar las mismas unidades estratigráficas que en los perfiles más orientales, sin embargo su morfología es diferente, lo que genera un funcionamiento hidrogeológico disímil. En este caso, la capa de arcilla se hace más potente hacia el sur alcanzando al menos 7 m de espesor en la puntera P1N4, donde se logró perforar hasta los 7,6 m, sin encontrar un cambio estratigráfico. En este sector la capa de arcilla se hace más potente en dirección sur, disponiéndose bajo el fondo del puquío N4. Cabe señalar que la cota piezométrica dibujada con línea punteada es inferida, por cuanto en las punteras P1N4, P2N4, P3N4, P4N4 no se encontró el acuífero aunque se apreció un aumento de la humedad en la profundidad. En función de los antecedentes recopilados se puede concluir que el puquío N4 no es alimentado directamente por el acuífero, ya que el fondo del puquío se ubica al menos 6 m, sobre el fondo de la capa de arcilla húmeda. En el Anexo V.2 de la Adenda 1 no se identificó el acuífero en las punteras ubicadas a menos de 50 m del borde del puquío. Al observar el perfil 6 este-oeste que se confeccionó entre los puquíos N4 y N3, se puede apreciar cómo la capa de arcilla presenta su máxima potencia justo frente a N4 y que se acuña hacia N3, presentando a esta altura menos de 1 m de espesor. Este perfil corrobora que el agua subterránea no está alimentando directamente al puquío N4.

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Figura 2.11. Ubicación en planta de los perfiles estratigráficos.

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Figura 2.12. Perfil estratigráfico 1 (P-1), sector puquío sin agua. DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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Figura 2.13. Perfil estratigráfico 2 (P-2), sector puquío N2.

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Figura 2.14. Perfil estratigráfico 3 (P-3), sector puquío N3.

Figura 2.15. Perfil estratigráfico 4 (P-4), sector puquío N4.

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Figura 2.16. Perfil estratigráfico 5 (P-5), este-oeste entre puquío sin agua y N4.

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Figura 2.17. Perfil estratigráfico 6 (P-6), este-oeste entre N3 y N4.

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2-4 Calidad química del agua En esta sección se presenta una recopilación de todos los análisis químicos realizados a las aguas de los diferentes puquíos del Salar de Llamara, además de los análisis hechos a las aguas de las calicatas de las pruebas de inyección, los puquíos y el pozo X-17A antes y durante la realización de dichas pruebas. Todos los datos químicos de los puquíos de Llamara se presentan en el Anexo de este documento. Todas las muestras de agua en los puquíos han sido obtenidas superficialmente, es decir se han tomado a una profundidad de entre 0 y 10 cm por debajo del nivel del espejo de agua. Es importante mencionar también que los puquíos muestreados presentan profundidades de agua máximas entre 50 y 80 cm. A nivel espacial, se puede comprobar que existen diferencias de salinidad entre los distintos puntos de muestreo, pudiendo plantear ciertas hipótesis que explican estas variaciones. Si bien la calidad de las aguas de los diferentes puquíos puede catalogarse como similar, esto es aguas saladas (SDT >10.000 mg/L) que no cumplen las normas de agua potable (NCh 409/1) ni de riego (NCh 1333), pero naturales y sin afección antrópica (sin coliformes, aceites, grasas, etc.); las concentraciones y salinidades presentan ciertas diferencias. En la Figura 2.18 se presentan las concentraciones de SDT, medidas para los muestreos de enero y julio de 2009. En ella se aprecia que existe un gradiente de concentración desde el puquío N1 hacia N2 y desde el puquío N3 hacia N4. Basados en el análisis de las cotas de nivel de agua en los distintos puquíos (Figura 2.9), y asumiendo que están conectados, se espera que exista un flujo de agua desde el puquío N3 hacia N4, y desde el puquío N1 hacia N2. Lo anterior, es concordante con las salinidades medidas, que muestran un incremento de sus concentraciones a lo largo del flujo producto de la evaporación que afecta estas aguas superficiales y subsuperficiales. En la Figura 2.19 se presenta un diagrama de Piper para 2 muestras de cada puquío, una correspondiente al muestreo realizado en invierno en julio de 2009 y otra en verano en enero del mismo año. En ella se puede apreciar que la composición química de las aguas no varía entre estaciones del año, salvo en sulfato, que registra mayor dispersión durante el verano, entre 15% y 40%, que en invierno, donde varía entre 20% y 30%. Los diagramas de Piper presentados en la Figura 2.20 y Figura 2.21 indican que el agua superficial de los puquíos y el agua subterránea alumbrada en las calicatas poseen una composición similar, indicando que se trata de la misma agua, y difieren entre ellas por el grado de evaporación al que han estado sujetas. Estas aguas son en general cloruradas, con baja predominancia de los iones bicarbonato y magnesio frente a los demás iones mayoritarios. Las aguas de los puquíos N1, N2 y N3 pueden considerarse como cloruradas sódicas, en tanto las aguas del pozo X-17A están compuestas por más sulfato y calcio en términos relativos, lo que indica que el agua del pozo ha estado expuesta a menos evaporación que la de los puquíos.

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Como se aprecia en la Figura 2.21, la inyección de agua desde el pozo X-17A durante la prueba de la medida de mitigación, no provocó cambios significativos en la composición química de las aguas de las calicatas observada antes de la inyección.

Figura 2.18. Concentración de SDT en enero y julio de 2009 en los Puquíos del Salar de Llamara. En la Figura 2.22, Figura 2.23 y Figura 2.24 se muestra la concentración relativa de cada ión, respecto al total de los iones, presentes en las aguas del Salar de Llamara, es decir:

Conc relativaioni =

Concentración ion i ∑ Concentración iones

(1)

Las muestras fueron divididas según su ubicación espacial y vertical: a) pozos de bombeo ranurados en el acuífero inferior de la zona norte del salar, b) pozos de observación ranurados en el acuífero superior de la zona norte del salar, y c) muestras de agua superficial de los puquíos. En dichas figuras se puede apreciar la similitud en la composición entre las aguas de los pozos de bombeo y las aguas de los pozos de observación, a pesar de que el acuífero inferior está confinado y parcialmente conectado con el acuífero superior libre, lo que indica que corresponde a las mismas aguas.

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Para establecer estadísticamente la similitud entre ambos grupos de muestras, se aplicó un test de lambda de Wilks, con un nivel de significancia de 5%. El resultado del test de hipótesis indica que para los iones mayoritarios, esto es sodio, potasio, magnesio, calcio, cloruro, sulfato y bicarbonato, las muestras de los pozos de observación son iguales a las muestras de los pozos de bombeo, salvo una muestra del pozo PO-1 para el sodio y el potasio, una muestra del pozo PO-8 para el potasio y una muestra del pozo PO-2 para el bicarbonato. Esto indica que, en términos estadísticos, el agua de ambos estratos se puede considerar como una misma agua. 100

SO4 + Cl

Mg

Ca + Mg

0

0

SO4

20

80 60

40

40

60

20

80

Ca

20

40

60

CATIONES

80

Na+K HCO3 20

40

60

80

Cl

ANIONES

N1 invierno

N1 verano

N2 invierno

N2 verano

N3 invierno

N3 verano

N4 invierno

N4 verano

Figura 2.19. Diagrama de Piper para los puquíos en invierno (muestreo 16 de julio de 2009) y verano (muestreo 15 de enero de 2009).

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100

SO4 + Cl

Ca + Mg

0

0

Mg

SO4

20

80 60

40

40

60

20

80

Ca

20

40

60

80

CATIONES

Na+K HCO3 20

40

60

80

Cl

ANIONES

C1

C2

C3

C5

C6

C7

P2N3

P2N2

X17A

N3

N2

N1

P1N3

Figura 2.20. Diagrama de Piper para calicatas, puquíos y pozo X-17A antes de las pruebas de infiltración. Respecto a las aguas de los puquíos, el test de hipótesis rechaza la hipótesis nula de que las muestras son similares, lo que se confirma al observar la Figura 2.24 respecto de la Figura 2.22 y Figura 2.23. Sin embargo como se comprobará más adelante, la diferencia se debe sólo al efecto de la evaporación que concentra el agua y que produce la precipitación de algunas sales que cambian la composición del agua. Es decir, el agua de los puquíos corresponde a la misma agua de los pozos pero más evaporada.

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100

SO4 + Cl

Ca + Mg

0

0

Mg

SO4

20

80 60

40

40

60

20

80

Ca

20

40

60

80

CATIONES C1

C2

Na+K HCO3 20

C3

C10

X-17A

40

60

80

Cl

ANIONES N1

N2

Figura 2.21. Diagrama de Piper para calicatas, puquíos y pozo X-17A durante las pruebas de infiltración. El diseño de la medida de mitigación requiere además del diseño hidráulico, el diseño químico, para lo cual fue necesario determinar la relación entre las aguas subterráneas del sector norte del acuífero, desde donde se obtendrá el agua para la medida de mitigación, y el agua de los puquíos. Esta relación fue determinada utilizando el software OLI1: un modelo termodinámico que resuelve en forma simultánea los balances de masa y de energía del proceso, sujeto a las restricciones termodinámicas de equilibrio sólido-líquido, que generan los procesos de precipitación o disolución de sólidos que puedan ocurrir durante el proceso de evaporación.

1

OLI Systems, Inc. The OLI Engine. Versión 6.7. New Jersey

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El modelo fue utilizado con dos objetivos: a) comprobar que el agua que existe en los puquíos efectivamente corresponde al agua presente en el sector norte del acuífero (zona de bombeo); y, b) calcular la cantidad de agua que se requiere evaporar para alcanzar la concentración medida justo antes de que el agua ingrese a los puquíos. La hipótesis de trabajo es que el agua de los puquíos y de su acuífero aledaño, es la misma que la presente en el sector norte del acuífero, donde se ubican los pozos de bombeo (agua de inyección de la barrera hidráulica), y que la única diferencia es que el agua de los puquíos está más evaporada. Basado en lo anterior, la metodología utilizada para comprobar la hipótesis de trabajo, fue ingresar en el modelo termodinámico la concentración del agua que se utilizará en la inyección y evaporarla progresivamente, hasta alcanzar concentraciones y composiciones similares a las observadas en calicatas y puquíos. Finalmente se compara el resultado del modelo con las muestras reales. Si las concentraciones y composiciones son similares se acepta la hipótesis de trabajo, en caso contrario se rechaza. En la Figura 2.25, Figura 2.26 y Figura 2.27 se presentan tres resultados de la simulación del modelo termodinámico, junto a los valores observados en las calicatas C3, C5 y C7. Los valores de concentración relativa de los pozos 3X-16A, X-17A y 2PL3 corresponden al resultado del modelo termodinámico, el cual muestra el resultado de evaporar el agua proveniente de dichos pozos. En las tres figuras se puede observar que la concentración relativa calculada con el modelo termodinámico es muy similar a la observada en las calicatas y puquíos. Este resultado permite interpretar que el agua de los puquíos y el agua subterránea aledaña, es la misma que se ubica en el sector norte del acuífero, desde donde se bombeará el agua para la reinyección. En otras palabras, el agua presente en los puquíos y en el acuífero aledaño es la misma agua presente en el sector norte, pero evaporada. Para lograr las concentraciones observadas en el acuífero presente en las cercanías de los puquíos, el modelo termodinámico calculó que se deben evaporar entre 2% y 3% p/p de agua desde los pozos de la zona norte del salar. Esto significa que para un caudal de inyección máximo de 59 l/s, es necesario evaporar entre 1,2 l/s y 1,8 l/s. Por otro lado, en el sector de inyección, el área total de acuífero desde donde puede ocurrir tal evaporación antes de que el agua alcance los puquíos es de 376.000 m2 aproximadamente en ambos sectores de infiltración, por lo que la tasa de evaporación necesaria para poder evaporar un promedio de 1,5 l/s es de 0,27 mm/día aproximadamente. Para poder determinar la profundidad de la napa a la cual se produce esta evaporación, es necesario dividir los 0,27 mm/día por la tasa de evaporación potencial de largo plazo para el sector, correspondiente al registro meteorológico que se realiza en el acuífero de Sur Viejo y que alcanza los 4,41 mm/día (ver Anexo X: Evaporación, asociado a pregunta 4.8 Adenda 2), lo que resulta 0,061. Este valor se ingresa en el gráfico de la Figura 2.28, el que muestra el modelo de evaporación utilizado para el acuífero de Llamara, el que arroja una profundidad aproximada de 1 m. Esta profundidad es la que se generará en promedio aguas arriba de los DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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puquíos, producto de la inyección de agua para la generación de la barrera hidráulica. En efecto, con el modelo se estimó el aumento en la tasa de evaporación en el sector de inyección mostrando un aumento de 1,4 l/s frente a N2 y de 1,5 l/s frente a N3, lo que ratifica lo señalado anteriormente. Los antecedentes anteriormente expuestos permiten concluir que la medida de mitigación no generará cambios significativos en la calidad química de los puquíos, ya que el agua inyectada se concentrará producto del aumento local de la tasa de evaporación provocado por la inyección.

0,65

Concentración relativa (%p/p) / (total %p/p)·

0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 CO2

Na 2HENOC

K 2HENOC

Mg 2HENOC

Ca X-17A

Li X-17A

H X-17A

2PL3

Cl 2PL3

SO4 2PL3

OH

3X-16A

3X-16A

CO3

HCO3

3X-16A

Figura 2.22. Distribución de las concentraciones relativas al total de iones en las muestras de agua de los pozos de bombeo, ranurados en el acuífero inferior de la zona norte del Salar de Llamara.

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0,65

Concentración relativa (%p/p) / (total %p/p)·

0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 CO2 PO-1

PO-1

PO-1

Na PO-2

K PO-2

Mg PO-3

Ca

PO-3

PO-4

Li PO-4

H

PO-4

PO-5

Cl PO-5

SO4

PO-5

PO-6

OH PO-6

PO-7

CO3 PO-7

HCO3 PO-8

PO-8

Figura 2.23. Distribución de las concentraciones relativas al total de iones en las muestras de agua de los pozos de observación, ranurados en el acuífero superior de la zona norte del Salar de Llamara.

0,65

Concentración relativa (%p/p) / (total %p/p)·

0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 CO2

Na

K

Mg N1

N1

Ca N1

N2

Li N2

N2

H N2

N2

Cl N2

N3

SO4 N3

N3

OH N4

CO3

HCO3

N4

Figura 2.24. Distribución de las concentraciones relativas al total de iones en las muestras de agua superficial de los puquíos.

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Concentración relativa (%p/p) / (total %p/p)

División Ingeniería Hidráulica y Ambiental Área Aguas Subterráneas

0,018 0,016 0,014 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000 CO2

Na

K

C3 observado

Mg

Ca

Li

3X-16A Feb-08 sintético

H

Cl

SO4

3X-16A Oct-08 sintético

OH

CO3

HCO3

3X-16A Mar-09 sintético

Concentración relativa (%p/p) / (total %p/p)

Figura 2.25. Concentración relativa al total de iones de la muestra de agua de la calicata C3 y resultado del modelo termodinámico para tres muestras de agua del pozo 3X-16A. Los puntos sintéticos corresponden a las muestras evaporadas que mejor se ajustan a C3.

0,018 0,016 0,014 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000 CO2

Na

K

C5 observado

Mg

Ca

Li

X-17A Feb-08 sintético

H

Cl

SO4

X-17A Oct-08 sintético

OH

CO3

HCO3

X-17A Mar-09 sintético

Figura 2.26. Concentración relativa al total de iones de la muestra de agua de la calicata C5 y resultado del modelo termodinámico para tres muestras de agua del pozo X-17A. Los puntos sintéticos corresponden a las muestras evaporadas que mejor se ajustan a C5

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898035

Concentración relativa (%p/p) / (total %p/p)

División Ingeniería Hidráulica y Ambiental Área Aguas Subterráneas

0,040 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 CO2

Na

K

C7 observado

Mg

Ca

Li

2PL3 Feb-08 sintético

H

Cl

SO4

2PL3 Oct-08 sintético

OH

CO3

HCO3

2PL3 Mar-09 sintético

Figura 2.27. Concentración relativa al total de iones de la muestra de agua de la calicata C7 y resultado del modelo termodinámico para tres muestras de agua del pozo 2PL3. Los puntos sintéticos corresponden a las muestras evaporadas que mejor se ajustan a C7.

Evaporación napa/Evaporación potencial 0.061 0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.0 1m

Profundidad napa (m)

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

Modelo Comp. Exp - Log Datos normalizados

14.0

Figura 2.28. Curva de evaporación relativa a la potencial versus profundidad de la napa estimadas para el Salar de Llamara. Se muestra la tasa de evaporación requerida para mantener la salinidad del agua de inyección.

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3 DISEÑO CONCEPTUAL DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN La medida de mitigación consistirá en la inyección de agua al acuífero, a través de pozos de inyección ubicados 500m al norte de los puquíos N1 y N2 y 400m al norte del puquío N3. Para el puquío N4 no se contempla la inyección de agua al acuífero cercano, pues todos los antecedentes recopilados y sintetizados en el modelo conceptual descrito precedentemente, indican que este puquío no está conectado directamente con el acuífero, sino que indirectamente a través del puquío N3, sin embargo sí se considerará la variación del nivel de agua del puquío N4 dentro de la operación de la medida de mitigación. La medida de mitigación tiene por objetivo mantener los niveles de agua y la calidad química de los puquíos dentro de una variación que permita el funcionamiento del sistema. El diseño conceptual de la medida de mitigación se realizó a través de un proceso de simulación, utilizando el modelo hidrogeológico del acuífero del Salar de Llamara, el cual indicó que será necesario contar con 11 pozos de inyección en total, los que serán alimentados a través de tuberías con agua proveniente de los pozos asociados al proyecto Pampa Hermosa, ubicados 11 km al norte de los puquíos. En la Figura 3.1 se presenta el perfil de habilitación a utilizar en los pozos de inyección. Los pozos serán perforados hasta alcanzar 20m de espesor en el estrato inferior (yeso granular de textura arenosa) que contiene al acuífero. Los primeros metros del pozo estarán ciegos hasta 0,2m bajo el estrato de arcilla, y tendrá un sello para evitar el reflujo hacia el acuífero superior. Más abajo, el pozo estará ranurado y tendrá un filtro de grava en su exterior. El caudal requerido por la medida de mitigación fue estimado a partir del modelo numérico hidrogeológico del Salar de Llamara. Dicho modelo fue acondicionado en el sector de puquíos con dos objetivos: a) representar con mayor detalle las características hidrogeológicas del sector, incorporando la información levantada en las últimas campañas de terreno, y b) obtener una mayor precisión en los cálculos. Se debe tener presente que Modflow calcula un valor de cota de la napa por celda, por lo que fue necesario afinar la grilla en el sector. La nueva información incorporada al modelo, proveniente de las actividades realizadas para validar y diseñar la medida de mitigación son las siguientes: •

•

Desconexión de puquío N4 del acuífero. En la sección 2-3 se presentaron los resultados de la campaña de exploración realizada en el sector, donde se pudo constatar la desconexión existente entre el puquío N4 y el acuífero circundante. De acuerdo a estos resultados, el puquío N4 se alimentaría directamente desde el puquío N3. Luego, no es necesaria la inyección de agua en el acuífero frente al puquío N4. Conductividad hidráulica. La validación de la medida de mitigación entregó un rango de valores acotado para la conductividad hidráulica del estrato inferior en las pruebas realizadas frente a los puquíos N2 y N3 (ver Anexo V.2 Adenda 1), con lo que se ajustó la conductividad hidráulica del estrato inferior del modelo a 8 m/día. Adicionalmente se realizaron ensayos de laboratorio que midieron la conductividad vertical del estrato arcilloso superior, resultando ser de 0,000864 m/día. Esta conductividad vertical fue

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•

transformada a conductividad horizontal, mediante la relación Kh/Kv=10, resultando en 0,00864 m/día. Verificación de geometría de las capas. El espesor del estrato superior en el modelo hidrogeológico coincide bien con el espesor del estrato arcilloso superior identificado en terreno, por lo que no fue necesario realizar correcciones geométricas al modelo.

~0,3m

~3m

Costra salina

Tubería ciega

Arcilla

Sello

0,2m

Ranurado Filtro de grava ~20m

Yeso granular textura arenosa

0,5m 0,05m

0,05m

Figura 3.1. Perfil de habilitación de los pozos de inyección. DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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La malla del modelo numérico hidrogeológico fue refinada en el sector de inyección, pasando de celdas de 200 x200 m a celdas de 6,25 x 6,25m (Figura 3.2). Como se indicó anteriormente, el objetivo fue lograr una mejor resolución de los resultados como el movimiento del agua subterránea entre los pozos de inyección y los puquíos. El trabajo de modelación consistió en realizar múltiples simulaciones (50 corridas) para definir la ubicación y el número de pozos de inyección, así como también el caudal que se inyectará cada uno. Los criterios para su definición fueron los siguientes: a) cumplir con los umbrales ambientales de altura agua definido para cada uno de los puquíos, b) minimizar el caudal de inyección; c) minimizar el periodo de abandono, y d) minimizar la afectación al entorno paisajístico, lo anterior se logró alejando los pozos de inyección de los puquíos. El umbral ambiental y altura de agua de los puquíos, fue revisado a la luz de la información batimétrica generada para la Adenda I e incorporando los criterios solicitados en la Adenda III (observación 6.8), esto es, mantener valores de niveles históricos en cada uno de los puquíos: •

Puquío N1. Dado que los puquíos N1 y N2 corresponden al mismo cuerpo de agua, los umbrales hidrogeológicos definidos son los mismos para ambos.

•

Puquío N2. La altura de agua mínima requerida en la regleta R3N2 es equivalente a una cota de 744,67 msnm. Este valor representa el valor mínimo estacional, es decir, la medida de mitigación va a asegurar que el sistema se mueva dentro de niveles conocidos. Adicionalmente, este nivel garantiza que todos los estromatolitos juveniles estarán cubiertos por agua. En términos de descenso y de acuerdo a los registros de nivel de la regleta R3N2, este umbral equivale a un descenso máximo de 9,5 cm con respecto al nivel medio anual en este puquío. En la Figura 3.3 se presenta el resultado de la simulación para el puquío N2.

•

Puquío N3. En la regleta R4N3 el umbral ambiental definido es una altura de agua equivalente a una cota de 745,82 msnm, que corresponde al valor mínimo histórico medido en la regleta. De acuerdo a la batimetría, este descenso garantiza que los tapetes microbianos permanezcan bajo el espejo de agua. En términos de descenso y de acuerdo a los registros de nivel de la regleta, este umbral equivale a un descenso aproximado de 3,7 cm con respecto al nivel medio anual en este puquío. En la Figura 3.4 se presenta el resultado de la simulación para el puquío N3.

•

Puquío N4. En la regleta R5N4 el umbral ambiental definido equivale a una cota de 745,64 msnm, que representa el valor mínimo histórico. En términos de descenso y de acuerdo a los registros de nivel de la regleta, este umbral equivale a un descenso aproximado de 6,2 cm con respecto al nivel medio anual en este puquío.

El resultado del proceso de simulación indicó que la configuración óptima es: siete pozos ubicados 500 m al norte del puquío N2 y separados 50 m aproximadamente entre sí; y cuatro pozos ubicados 400 m al norte del puquío N3, también separados 50 m aproximadamente entre sí. La distancia del sector de inyección a los respectivos puquíos fue determinada de tal forma de minimizar el impacto visual y sobre el acuífero de la medida de mitigación. En la Figura 3.2 se muestra la ubicación de los pozos de inyección. DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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En la Figura 3.5 se presenta el caudal de inyección requerido por la medida de mitigación. Para el sector N2, el caudal máximo de inyección se estima en 32,4 l/s con una etapa de abandono estimada de siete años. Para el sector N3, el caudal máximo de inyección se estima en 29,6 l/s con una etapa de abandono estimada de nueve años. Cabe recordar que la duración efectiva de la etapa de abandono está sujeta a la mantención natural de los umbrales definidos para los puquíos. Finalmente se debe indicar que el monitoreo de los puquíos se mantendrá por 1 año (permitirá observar la respuesta frente a la estacionalidad) después de terminada la inyección de manera de asegurar que el sistema es capaz de sustentarse solo en los niveles de los umbrales definidos.

Figura 3.2. Ubicación de los pozos de inyección y discretización del acuífero en el sector de Puquíos en el modelo numérico.

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Regleta R3N2 Años desde el inicio de la operación del proyecto 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

0,0 0,1

Descenso de nivel (m)

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Descenso sin medida de mitigación

Descenso con medida de mitigación

Figura 3.3. Descenso de nivel en la regleta R3N2 (puquío N2) con y sin medida de mitigación

Regleta R4N3 Años desde el inicio de la operación del proyecto 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

0,0 0,1

Descenso de nivel (m)

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Descenso sin medida de mitigación

Descenso con medida de mitigación

Figura 3.4. Descenso de nivel en la regleta R4N3 (puquío N3) con y sin medida de mitigación

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65 60 55

Q inyeccion (l/s)

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Años desde el inicio del proyecto

Inyección frente a N3

Inyección frente a N2

Figura 3.5. Caudal de inyección requerido por la medida de mitigación durante el proyecto. El umbral para la calidad química fue definido en función de toda la información recopilada en las campañas de muestreo de la calidad química. Esta información permitió observar la variabilidad espacial y temporal de la calidad química, especialmente la salinidad expresada en términos de sólidos disueltos totales (SDT). La Tabla 3.1 presenta los umbrales propuestos para la calidad química para cada puquío. Dado que la salinidad se correlaciona inversamente con el nivel de agua en los puquíos (es decir, a mayor nivel, menor salinidad), los umbrales fueron definidos para dos periodos del año en función del comportamiento del nivel de los puquíos: •

Periodo de noviembre a mayo, cuando los niveles están en sus mínimos estacionales

•

Periodo de junio a octubre, cuando los niveles están en sus máximos estacionales.

Dado que la salinidad del agua es continua en el tiempo, los umbrales han sido definidos de modo que el valor mínimo del umbral para el periodo de verano sea similar al valor máximo del umbral para el invierno. Este valor está dado por el promedio del valor mínimo y máximo para cada puquío, más menos 0,2 desviaciones estándar (dependiendo del periodo del año), quedando traslapados el umbral mínimo del verano con el umbral máximo del invierno (Figura 3.6). Para el periodo de noviembre a mayo (verano), el valor umbral mínimo corresponde al promedio de los registros máximo y mínimo para cada puquío menos 0,2 desviaciones estándar y el valor umbral máximo corresponde a la medición de mayor valor registrada en cada puquío. Para el periodo abril-septiembre el valor umbral mínimo corresponde a la medición de menor valor registrada en cada puquío y el valor umbral máximo corresponde al DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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promedio de los registros máximo y mínimo para cada puquío más 0,2 desviaciones estándar. El cálculo de los umbrales inter-estaciones (promedios de máximo y mínimo más y menos 0,2 desviación estándar, se realiza para que exista traslape entre estaciones del año). En síntesis esta metodología respeta los siguientes criterios de funcionamiento: a) valores mínimos y máximos observados por puquío, b) los valores umbrales varían estacionalmente, y c) existe traslape de salinidad entre cambios de estación. El control diario de la calidad del agua se realizará mediante la medición de la conductividad eléctrica (CE), la que, de acuerdo a todos los datos levantados en el sector de puquíos, tiene un comportamiento lineal con la concentración de sólidos disueltos totales (SDT) según la cual SDT = 0,72 · CE. Esta relación será verificada posteriormente durante la puesta en marcha de la medida de mitigación en base a una medición sistemática de ambas variables. Finalmente se debe considerar que desde el inicio del bombeo del proyecto, hasta que se requiera aplicar la medida de mitigación, se estima que pasarán al menos 2 años, por lo tanto la base de datos de calidad química y de niveles contendrá más información, que será utilizada para verificar los valores umbrales de nivel y calidad química. Además, el Plan de Seguimiento Ambiental tiene incorporado un conjunto mayor de parámetros físicos, químicos y biológicos que permitirán ir evaluando permanentemente el funcionamiento del sistema Tabla 3.1.Umbrales de salinidad expresada como sólidos disueltos totales para los puquíos. Puquío

Período noviembre a mayo

Período junio a octubre

SDT mínimo (mg/l)

SDT máximo (mg/l)

SDT mínimo (mg/l)

SDT máximo (mg/l)

N1

30.338

41.630

21.897

33.190

N2

128.748

200.000

80.250

151.502

N3

24.054

31.400

19.030

26.376

N4

107.862

142.060

85.430

119.628

Tabla 3.2.Umbrales de salinidad expresada como conductividad eléctrica para los puquíos. Puquío

Período noviembre a mayo

Período junio a octubre

CE mínimo (µS/cm)

CE máximo (µS/cm)

CE mínimo (µS/cm)

CE máximo (µS/cm)

N1

42.136

57.819

30.413

46.098

N2

178.817

277.778

111.458

210.419

N3

33.408

43.611

26.431

36.634

N4

149.809

197.306

118.653

166.150

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Salinidad expresada como concentración de sólidos disueltos totales (mg/l)

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225000 200000 175000 150000 125000

Rango verano Rango invierno

100000 75000 50000 25000 0 N1 N1 N1

N2 N2 N2

N3 N3 N3

N4 N4 N4

Figura 3.6. Umbrales de salinidad para cada uno de los puquíos expresados como concentración de sólidos disueltos totales

4 DISEÑO DE DETALLE DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN El diseño de detalle de la medida de mitigación presentado en este capítulo, incluye el diseño hidráulico de tuberías, de los pozos de inyección y del sistema de seguimiento de nivel y salinidad del agua en los puquíos.

4-1 Diseño hidráulico del sistema de tuberías El agua que se utilizará en la medida de mitigación provendrá principalmente desde los pozos de bombeo ubicados en el sector norte del acuífero del Salar de Llamara, sin embargo también es posible utilizar el agua de Quebrada Amarga que posee un ducto que pasa cercano a los puquíos. Esta agua será extraída y conducida hasta un estanque de almacenamiento ubicado en las cercanías de los pozos de bombeo (ver Figura 4.1), desde donde será bombeada hacia los puquíos, utilizando el trazado del tramo lineal TLN-27.

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El diseño de tuberías ha sido realizado en base al caudal máximo de inyección obtenido con el modelo numérico hidrogeológico de 61 l/s totales. Se identificaron cinco tramos para el diseño (Figura 4.2): •

Tramo 1: desde el estanque de almacenamiento hasta la bifurcación hacia N3;

•

Tramo 2: desde la bifurcación hacia N3 hasta la batería de pozos frente a N3;

•

Tramo 3: desde la bifurcación hacia N3 hasta la batería de pozos frente a N2;

•

Tramo 4: batería de pozos frente a N3;

•

Tramo 5: batería de pozos frente a N2.

Para diseñar el sistema de impulsión, es decir, calcular diámetros de tuberías y potencia de la bomba, se utilizó la fórmula de Hazen-Williams:   Q hL = L  0 , 63   0,85 A C h R 

1,852

Donde hL es la pérdida de carga en m, L es el largo del tramo en m, Q es el caudal en m3/s, A es la sección de escurrimiento en m2, Ch es el coeficiente de Hazen-Williams (que representa la rugosidad de la tubería) y R es el radio hidráulico en m. Se utilizó un valor del coeficiente de Hazen-Williams2 de 150, que es recomendado para el tipo de tubería a utilizar HDPE. La pérdida de carga en los tramos 4 y 5 fue calculada utilizando la ecuación de Christiansen:

H = F ⋅ J '⋅L Donde H es la pérdida de carga en m, F es el coeficiente de Christiansen, J’ es la pérdida de carga en el lateral y L es el largo de la tubería en m. El coeficiente de Christiansen se obtiene según el número de emisores laterales n: F = 0,364 +

1 0.866 + 2n 6 n 2

La pérdida de carga en el lateral se calcula según:

J '= J

Se + fe Se

Donde J es la pérdida de carga unitaria, Se es la separación entre los pozos en m y fe es la longitud equivalente de la conexión en m. La Tabla 4.1 muestra un resumen de los cálculos realizados para determinar el diámetro de las tuberías requeridas por la medida de mitigación. La mayor pérdida de energía se produce entre

2

Mott, R. (1996) Mecánica de Fluidos Aplicada. 4º Edición. Ciudad de México: Prentice Hall

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los Tramos 1 y 5 correspondiente a la batería de pozos más alejada, frente a N2. A lo largo de este tramo existe una pérdida de carga total de 95,58 m, porque se considera sólo el tramo que presenta la mayor pérdida de carga, que en este caso corresponden a los tramos 1, 2 y 5. La diferencia de cotas entre el estanque de almacenamiento y el nivel estático del agua subterránea frente a N2 es de 16 m, luego se requiere de una bomba capaz de entregarle al sistema una presión de 89,1 m.c.a y un caudal de 61 l/s. Se realizó una verificación de los cálculos, encontrándose que la velocidad máxima de escurrimiento se produce en el tramo 1 y es igual a 1,2 m/s, valor dentro del rango de operación para tuberías de HDPE. Dado que el diámetro de las tuberías es pequeño (25 cm máximo), no se considera necesario el enterramiento de éstas, ya que serán prácticamente imperceptibles desde el punto de vista paisajístico. Las tuberías serán tapadas cada 100m con un montículo de tierra obtenido desde el mismo sector de instalación. En el sector de inyección no existirán casetas u otras obras de similar envergadura que afecten el entorno. Existirá una válvula para el control del agua en cada pozo, en tanto que las válvulas que se utilizarán para el control del caudal de inyección estarán ubicadas en la tubería a un costado del camino de acceso. Tabla 4.1. Detalle del diseño hidráulico de las tuberías. Tramo 1 2 3 4 5 Total (1+3+5) 10 % seguridad Diferencia de cota

Longitud (m)

Material

13,698 370 1,395 -

HDPE HDPE HDPE HDPE HDPE

Diámetro de la tubería (mm) 250 200 200 100 100

Pérdidas (m) Fricción

Singulares

Totales

61,7 0,83 7,65 -

0,37 0 0,07 -

62,07 0,83 7,72 25,79 25,79 95,58 9,558 -16

Total

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89,1

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Figura 4.1. Mapa general de emplazamiento de las obras de la medida de mitigación.

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Figura 4.2. Mapa de emplazamiento de las obras de la medida de mitigación. 4-2 Diseño de los pozos de infiltración Los pozos de infiltración se construirán en base al diseño conceptual presentado en la Figura 3.1. A continuación se presentan algunas recomendaciones sobre varios aspectos relativos a pozos de infiltración descritas por Pyne (1995)3. Material del tubo Dadas las características de los pozos de inyección, se recomienda que el material de la tubería del pozo sea de PVC en vez de acero, pues en pozos construidos con tubos de acero se generan óxidos debido a los ciclos de llenado y vaciamiento del pozo, lo que ocurre con mayor intensidad en aguas salobres. Estos óxidos fluyen hacia abajo, contribuyendo a la obstrucción del pozo. En acuíferos de baja permeabilidad, el incremento en la obstrucción potencial producto de los óxidos puede ser inaceptable en algunos casos, particularmente si el pozo debe

3

Pyne, R. (1995) Groundwater Recharge and Wells. A guide to Aquifer Storage Recovery

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ser sometido a frecuentes retrolavados. Para pozos someros y cortos, el entubamiento se hace frecuentemente con PVC. Cabe mencionar que la resistencia de compresión del PVC se debilita durante el cementado del pozo, pues el calor liberado por el cemento durante su hidratación puede ser suficiente para aumentar la temperatura del PVC, reduciendo su resistencia. Por este motivo, se recomienda cementar el pozo por etapas, o bien hacer circular agua a través del pozo mientras es cementado. Diámetro El diámetro de un pozo de inyección no debería ser diferente al diámetro de un pozo de bombeo normal. Es recomendable contar con un pequeño espacio extra dentro del tubo para permitir un fácil ingreso de una bomba, tubería de inyección, línea de aire y cables eléctricos para bombas sumergibles (esto para el caso de requerir retrolavado). También es útil ubicar bajo la bomba, sensores de almacenamiento de datos geofísicos que midan cambios en la distribución del flujo debido a la obstrucción diferencial del pozo durante la inyección. Tuberías de mayor diámetro incrementan el costo de la construcción, sin embargo para el primer pozo, es recomendable hacerlo de mayor diámetro con el objetivo de registrar de mejor forma la respuesta del acuífero ante la inyección. Cementado Los tubos de los pozos de inyección deben ser cementados para asegurar un adecuado sellado contra el flujo ascendente a través de posibles canales abiertos durante la construcción del pozo. La ausencia de este sello puede provocar afloramientos de agua y sinkholes. Ranurado Se recomienda que el tamaño de las ranuras sea un poco más grande que lo normal para un pozo de extracción, lo que facilitará la limpieza del pozo durante el retrolavado, en cuyo caso será necesario agregar 1 ó 2 tubos de grava desde la superficie hasta el pack de grava, agregando grava para compensar la grava extraída a través del pozo durante el retrolavado.

4-3 Diseño de caminos de servicios La implementación de la medida de mitigación requiere la construcción de caminos de servicio. Las características de estos caminos se presentan en la Figura 1.2 del Anexo I.11 de la Adenda 1.

4-4 Sistema de control del caudal de inyección Para garantizar la mantención de los niveles y de la calidad química del agua de acuerdo a los umbrales comprometidos en los puquíos, se contará con un set de parámetros a monitorear durante todo el período de ejecución de la medida de mitigación y que servirán para determinar el caudal a inyectar en el acuífero. Este set de parámetros considera: DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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Nivel de agua en el acuífero entre la inyección y el puquío, Nivel de agua en el puquío, Conductividad eléctrica y sólidos disueltos totales en el acuífero entre la inyección y el puquío, Conductividad eléctrica y sólidos disueltos totales en el puquío. Conductividad eléctrica y sólidos disueltos totales del agua de inyección.

La regla operacional del caudal de inyección se basará en el nivel del acuífero medido entre el punto de inyección y los puquíos, es decir, los pozos M3N3 y M3N2, para los puquíos N3 y N2 respectivamente (Figura 4.2). La regla operacional considera una verificación del estado del puquío como parte del proceso de toma de decisiones. De acuerdo al resultado de la modelación, el comportamiento del acuífero en el sector de los pozos M3N3 y M3N2 está muy relacionado con los puquíos. La Figura 4.3 presenta la relación entre el cambio en el nivel del acuífero aledaño y el cambio de nivel en los puquíos generada con el modelo. Esta relación fue calculada para cada punto de medición, como la diferencia entre la cota del agua en dos pasos de tiempo consecutivos. Por lo tanto, cuando el valor es positivo significa que el nivel del agua descendió, por el contrario un valor negativo implica que el nivel aumentó entre un paso de tiempo y el siguiente. Se observa que la relación entre el cambio de nivel del acuífero calculado en los pozos M3N3 y M3N2 es prácticamente lineal con el cambio de nivel en los puquíos calculado en las reglillas R4N3 y R3N2, presentando coeficientes de determinación mayores a 0,96. Adicionalmente se puede apreciar que la recta que une los puntos pasa por el origen. En el puquío N3 se puede estimar entonces que un descenso del nivel del acuífero de 1 cm en M3N3 generará un descenso de 0,78 cm en la reglilla R4N3. En el puquío N2 se puede estimar que un descenso de un 1 cm en el acuífero en M3N2 generará un descenso 0,74 cm en la reglilla R3N2. Se debe recordar que el descenso permitido en los puquíos es igual a 9,5 cm bajo el valor medio anual para N2 y 3,7 cm bajo el valor medio anual para N3, por lo tanto el descenso máximo permitido en los pozos de control son: 4,7 cm (3,7/0,785) para M3N3 y 12,8 cm (9,5/0,745) para M3N2. Dado que se trabajará con una precisión al centímetro los descensos se aproximarán a13 cm para M3N2 y 5 cm para M3N3. Además, como se indica en el capítulo 3 de este documento, los umbrales de nivel de agua a respetar en los puquíos son: Puquío N1 y N2 744,67 msnm; Puquío N3 745,82 msnm y Puquío N4 745,64 msnm. Por otra parte, de acuerdo al modelo hidrogeológico en el sector de puquíos, al aumentar el caudal de inyección en 1 l/s, el nivel de agua en las regletas aumenta entre 2 y 3,5 mm durante las primeras 24 horas. Este aumento de nivel corresponde a un 90% del aumento total de nivel que provoca el aumento de caudal sobre el sistema, lo que indica que la propagación del estímulo es rápida, aunque no instantánea, situación que también fue ratificada en la prueba piloto de la medida de validación. Basados en los antecedentes expuestos en los párrafos precedentes, se determinó que el sistema de control será manejado de forma manual, sin la necesidad de contar con un control DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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automático. El control del caudal de inyección será efectuado en base a la información de nivel y salinidad medida diariamente, lo que junto a la regla operacional determinará el caudal a inyectar cada día. Así, si se observa una disminución de 5 mm en el nivel de agua en el acuífero, se aumentará el caudal de inyección en aproximadamente 1 l/s. Posteriormente se chequeará el nivel en la regleta del puquío para verificar su respuesta ante el estímulo aplicado. Estos valores serán revisados durante la puesta en marcha de la medida de mitigación. La Figura 4.4, Figura 4.5 y Figura 4.6 muestran los diagramas de flujo que controlarán la inyección a los puquíos N2, N3 y N4 respectivamente, utilizando los valores umbrales descritos anteriormente en este documento. En caso de presentarse un descenso no esperado en el puquío N4 y dado el modelo conceptual actual, que indica que el puquío N4 se encuentra desconectado del acuífero y que se alimenta desde el puquío N3, la acción de mitigación es aumentar el nivel del agua en el puquío N3 a su nivel natural que tiene previo a la operación del proyecto, es decir, descenso de 0 cm respecto del nivel promedio anual. No se considera un diagrama de flujo separado para el puquío N1, pues los puquíos N1 y N2 corresponden al mismo cuerpo de agua. A solicitud de la DGA el Diseño de la Medida de Mitigación considera el inicio del caudal de inyección cuando se produce la mitad del descenso umbral en los pozos M3N2 y M3N3, es decir, 6,5 y 2,5 cm respectivamente, con el objetivo de disminuir la velocidad de descenso del nivel de agua en los puquíos. El caudal de inyección inicial será igual a la mitad del caudal estimado (Figura 3.5) para el primer paso de tiempo para N2 (2 l/s) e igual al caudal de inyección estimado para el primer paso de tiempo para el puquío N3 (0,5 l/s). Una vez alcanzado los valores umbrales para cada sistema, la operación se rige por los umbrales definidos anteriormente.

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5

Cambio de nivel en puquio R4N3 (cm)

4 3 2 y = 0.785011x - 0.000126 R² = 0.970150 1 0 -4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

-1 -2 -3 Cambio de nivel en acuífero en M3N3 (cm)

Cambio de nivel en Puquios en R3N2 (cm)

4 3

y = 0.744619x + 0.000131 R² = 0.964609

2 1 0 -8

-6

-4

-2

0

2

4

6

-1 -2 -3 -4 -5 Cambio de nivel del acuífero en M3N2 (cm)

Figura 4.3. Relación entre el cambio de nivel del acuífero y puquíos.

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Figura 4.4. Diagrama de flujo del sistema de control manual para el puquío N2. SM3N2: Descenso en el nivel estático del pozo M3N2 en centímetros. CR3N2: Cota del espejo de agua del puquío N2 en metros sobre el nivel del mar. DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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Figura 4.5. Diagrama de flujo del sistema de control manual para el puquío N3. SM3N3: Descenso en el nivel estático del pozo M3N3 en centímetros. CR4N3: Cota del espejo de agua del puquío N3 en metros sobre el nivel del mar. DISEÑO DE LA MEDIDA DE MITIGACIÓN EN LOS PUQUÍOS DEL SALAR DE LLAMARA

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Figura 4.6. Diagrama de flujo del sistema de control manual para el puquío N4. CR3N3: Cota del espejo de agua del puquío N3 en metros sobre el nivel del mar. QINYECCIÓN N3 corresponde al caudal de inyección frente al puquío N3. El monitoreo de nivel y conductividad eléctrica se realizará diariamente, en tanto que el monitoreo de sólidos disueltos totales se realizará mensualmente. Los puntos de monitoreo son los mostrados en la Figura 4.2: tres pozos más la reglilla para cada puquío, donde cada día se tomarán medidas de profundidad de la napa que indicarán el caudal que se deberá inyectar al acuífero en cada sector y se medirá la conductividad eléctrica para la verificación de la salinidad. Semanalmente se analizarán los sólidos disueltos totales (SDT), lo que servirá para determinar una relación local entre esta variable y la conductividad eléctrica. En caso de que la salinidad se ubique por fuera de los umbrales de la medida de mitigación, presentados en el capítulo 3 de este documento, se regulará vía caudal de inyección, de modo de volver a los valores de salinidad indicados. La salinidad está determinada principalmente por la tasa de evaporación atmosférica, por lo tanto en caso de que la salinidad de los puquíos se muestre alterada por efecto del proyecto, ésta podrá regularse mediante el volumen de agua a inyectar en la medida de mitigación. Si se aumenta la inyección sería posible subir levemente el nivel de agua en los puquíos y así el agua en ellos tendería a disminuir su salinidad. En caso contrario, si se disminuye la inyección se lograría concentrar el agua en los puquíos, esto debido a la cantidad de agua contenida en los puquíos en un momento dado. Tanto el monitoreo de las variables de entrada de la regla operacional (nivel y salinidad), como el caudal de inyección en cada sector será registrado diariamente por el operador a cargo de la medida de mitigación. Estos registros serán utilizados para mejorar el conocimiento y el comportamiento del sistema hidrogeológico presente en puquíos a través de la actualización del modelo hidrogeológico conceptual del sistema.

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En caso de obstrucción de alguno de los pozos de inyección, se contará con un sistema de retrolavado que limpiará el pozo a través de un bombeo intenso pero breve. El agua residual será almacenada en un camión aljibe y será utilizada para el riego de caminos.

5 ANEXO Tabla 5.1. Resumen de análisis químicos realizados a aguas de puquíos del Salar de Llamara

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Tabla 5.1. Resumen de análisis químicos realizados a aguas de puquíos del Salar de Llamara Fecha muestreo Hora muestreo pH terreno Conductividad terreno (mS/cm) Alcalinidad total (mg CaCO3/L) Aluminio (mg/L) Amonio (mg/L) Arsénico (mg/L) Bario (mg/L) Berilio (mg/L) Bicarbonato (mg/L) Boro (mg/L) Cadmio (mg/L) Calcio (mg/L) Carbonato (mg/L) Cloruros (mg/L) Cobalto (mg/L) Cobre (mg/L) Coliformes fecales (NMP/100ml) Coliformes totales (MNP/100ml) Conductividad específica (µmho/cm) Conductividad eléctrica (µmho/cm) Cromo (mg/L) DBO5 (mg O2) Dureza total (mg CaCO3/L) Estaño (mg/L) Fosfato (mg/L) Fósforo de Ortofosfato Fósforo Total (mg/L) Hierro (mg/L) Litio (mg/L) Magnesio (mg/L) Manganeso (mg/L) Mercurio (mg/L) Molibdeno (mg/L) Níquel (mg/L) Nitrato (mg/L) Nitrito (mg NO2) Nitrógeno Orgánico Total (mg/L) pH Plata (mg/L) Plomo (mg/L) Potasio (mg/L) Salinidad (mg/L) Selenio (mg/L) Sílice (mg/L) Sodio (mg/L) Sólidos disueltos totales (mg/L) Sólidos suspendidos totales (mg/L) Sulfatos (mg/L) Sulfuro (mg/L) Vanadio (mg/L) Zinc (mg/L) Temperatura (ºC) Oxígeno disuelto (mg/L)

N1 10-10-2007 28-10-2008 15-12-2008 15-01-2009 16-07-2009 16:17 13:15 8.59 125.5 128.3 130 140