CQA5191v2

Vista previa del material en texto

GOBIERNO DE CHILE 
 MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS 
 DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
 DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REALIZADO POR: 
 
CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE 
 
 
S.I.T. Nº 207 
Tomo II de V. 
 
 
 
 
 
SANTIAGO, MARZO 2010 
ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN 
FÍSICO QUÍMICA DE LOS 
SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU 
RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN 
AGUA 
 
INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
2
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
 
Ministro de Obras Públicas 
Ingeniero Civil Sr. Sergio Bitar Chacra 
 
Director General de Aguas 
Abogado Sr. Rodrigo Weisner Lazo 
 
Jefe Departamento de Conservación y Protección de Recursos Hídricos, 
Dirección General de Aguas 
Ingeniero Civil, MSc. Mesenia Atenas Vivanco 
 
Inspector Fiscal 
Ingeniero Civil Srta. Mónica Musalem Jara 
 
Ingeniero Ambiental Sr. Fernando Aguirre Zepeda 
Ecóloga Paisajista Srta. Sonia Mena Jara 
 
CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE - CENMA 
 
Jefe de Proyecto 
MCs. Biológicas c/m Ecología Sra. Ximena Molina Paredes 
 
Ingeniero Ambiental Srta. Ximena Rodríguez Bustamante 
Dra. Adriana Aránguiz Acuña 
 
UNIVERSIDAD DE CHILE 
 
Depto. Química Ambiental, Lab. Química Orgánica y Cromatografía, Fac. Ciencias 
MCs. Química Sra. Sylvia Copaja Castillo 
Químico Ambiental Srta. Roxana Tessada Sepúlveda 
 
Dpto. de Ingeniería Civil, Fac. de Ciencias Físicas y Matemáticas 
Dr. Yarko Niño Campos 
Ingeniero Civil Cristián Godoy 
 
Grupo Asesor y Revisor 
 
Universidad de Santiago de Chile (USACH) 
Dra. María Angélica Rubio 
 
Universidad de Chile, Lab. de Limnología 
MSc. Irma Vila Pinto 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
3
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INDICE GENERAL 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
4
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
INDICE DE CONTENIDOS 
 
I. INTRODUCCIÓN 8 
 
II. OBJETIVOS 11 
1. OBJETIVO GENERAL 11 
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 11 
 
III. GENERALIDADES 12 
 
1. ASPECTO HIDRODINÁMICO 12 
 
2. ASPECTO QUÍMICO 13 
2.1. Aguas superficiales y metales pesados 13 
2.2. Sedimentos y metales pesados 14 
 
3. ASPECTO BIOLÓGICO 16 
3.1. Bioensayos 16 
3.1.1. Bioensayos en Sedimentos 17 
3.2. Bioindicadores 19 
 
IV. METODOLOGÍA 23 
 
1. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE CUENCAS, SELECCIÓN DE ÁREAS Y 
CRITERIOS DE MUESTREO EN LAS CUENCAS DE ESTUDIO 23 
1.1. Selección de Cuencas. 23 
1.2. Criterios para la selección de los sitios de muestreo 25 
 
2. METODOLOGÍA ASPECTO HIDRODINÁMICO 27 
2.1. Cálculos Hidráulicos 27 
2.1.1. Estimación de la topografía (forma) del lecho en la zona de interés. 27 
2.1.2. Estimación de las características friccionales del cauce. 28 
2.1.3. Estimación de las alturas de escurrimiento para distintas condiciones hidrológicas 28 
2.1.4. Estimación del esfuerzo de corte de fondo. 28 
 
2.2. Análisis Granulométrico 28 
 
2.3. Capacidad de Transporte y Resuspensión 29 
 
2.4. Capacidad de Intercambio (Transferencia de Masa) entre Lecho y Columna de Agua 29 
 
3. METODOLOGÍA ASPECTO QUÍMICO 30 
 
3.1. Metodología de Aguas superficiales y metales pesados 30 
3.1.1. Muestreo de Aguas Superficiales 30 
3.1.2. Determinación y/o Análisis de parámetros físicos y químicos en laboratorio. 31 
 
3.2. Metodología de Sedimentos fluviales y metales pesados 32 
3.2.1. Muestreo de sedimentos fluviales 32 
 
3.2.2. Caracterización de Sedimentos 32 
3.2.2.1. Tratamiento de las muestras 32 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
5
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
3.2.2.2. Análisis granulométrico de sedimentos 34 
3.2.2.3. Determinación de pH y conductividad eléctrica (CE) 34 
3.2.2.4. Análisis de componentes mayoritarios: carbonatos, silicatos y materia 35 
orgánica 35 
 
3.2.3. Análisis de metales pesados en sedimentos fluviales 41 
3.2.3.1. Extracción secuencial BCR 42 
3.2.3.2. Extracción de metales solubles o unidos a carbonatos 43 
3.2.3.3. Extracción de metales totales, método de agua regia 43 
3.2.3.4. Determinación de óxidos de hierro, manganeso y aluminio. 43 
 
3.2.4. Relación porcentual metales pesados solubles en sedimento y metales pesados 
disueltos en agua 44 
 
4. METODOLOGÍA ASPECTO BIOLÓGICO 46 
 
4.1. Biocriterio: Nivel Comunitario in-situ, Evaluación de la calidad del agua bajo 
enfoque de integridad ecológica 46 
4.1.1. Recolección de muestras de Macroinvertebrados bentónicos 46 
 
4.1.2. Procedimiento de laboratorio, Análisis de las muestras de macroinvertebrados 
bentónicos. 47 
 
4.1.3. Indices aplicados 47 
4.1.3.1. Enfoque de diversidad 47 
4.1.3.2. Enfoque biótico 48 
 
4.1.4. Análisis de resultados 49 
 
4.2. Bioensayos: Evaluación toxicológica de la calidad del agua. 50 
4.2.1. Metodología para Bioensayos Campaña primavera y verano 50 
4.2.1.1. Test de Toxicidad Aguda (Duración: 48 horas) 50 
 
4.2.2. Metodología para Bioensayos Campaña otoño 50 
4.2.2.1. Preparación de Eluído a partir de las muestras de sedimentos 50 
4.2.2.2. Test de Toxicidad Aguda (Duración: 48 horas) 51 
4.2.2.3. Test de Toxicidad Crónica (Duración: 14 días) 51 
 
4.2.3. Análisis de datos 51 
4.2.3.1. Análisis bioensayos agudos 51 
4.2.3.2. Análisis bioensayos crónicos 52 
 
5. ESQUEMA RESUMEN DE LOS ASPECTOS ANALIZADOS EN EL ESTUDIO EN 
LAS TRES CUENCAS HIDROGRÁFICAS 56 
 
V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 58 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
6
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
INDICE DE TABLAS 
 
 
Tabla 1. Criterios de selección cuencas 24 
 
Tabla 2. Criterios para selección de áreas y estaciones de muestreo 25 
 
Tabla 3. Monitoreo de calidad de agua superficial. Componentes a evaluar. 30 
 
Tabla 4. Normas utilizadas para el muestreo y análisis de agua superficial 30 
 
Tabla 5. Parámetros y metodología de anàlisis químico para compuestos y/o elementos físicos 
y químicos en agua superficial 31 
 
Tabla 6. Descripción del muestreo cuantitativo de macroinvertebrados bentónicos. 46 
 
Tabla 7. Rangos de tolerancia IBF y calidad de agua 48 
 
Tabla 8. Resumen de metodología química 57 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
7
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
INDICE DE FIGURAS 
 
 
Figura 1. Diagrama que muestra procesos interacción sedimento - agua 9 
 
Figura 2.Esquema de procesos físicos que determinan el proceso de transferencia de 
metales entre los sedimentos del lecho y la columna de agua 12 
 
Figura 3. Componentes del enfoque de “Integridad biológica”. 20 
 
Figura 4. Transporte de sedimento según zona fluvial 26 
 
Figura 5. Esquema de muestreo de sedimentos en las cuencas estudiadas 32 
 
Figura 6. Proceso de preparación de muestra 34 
 
Figura 7. Esquema de extracción secuencial, método BCR 42 
 
Figura 8. Red Surber 47 
 
Figura 9. Grafo de ciclo de vida de dos estados 54 
 
Figura 10. Esquema resumen de los aspectos considerados en el estudio para la evaluación de la 
calidad del agua. 56 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
8
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
I. INTRODUCCIÓN 
 
La calidad del agua es un término relativo que depende del uso final que se le dé al 
recurso en relación a las actividades desarrolladas en una cuenca hidrográfica. La cuenca 
se define como el espacio de drenaje y volúmenes de agua donde opera el flujo hídrico, 
el que se encuentra definido por sistemas topográficos y geológicos, los cuales 
determinan territorialmente una superficie de drenaje común donde interactúan los 
sistemas físicos, bióticos y socioeconómicos. 
 
La calidad del agua en nuestro país ha ido decreciendo en gran parte por las actividades 
productivas que se desarrollan en las cuencas (deforestación, ruptura de tierras 
marginales, minería, pesquería, agricultura, extracción de áridos), por un desequilibrio 
entre oferta y demanda, por un inadecuado uso del recurso por parte de los usuarios, 
como por ejemplo al verter residuos sobre los cuerpos de agua (Vila et al, 1996; OECD-
CEPAL, 2005). Los productos químicos agrícolas, domésticos e industriales se han visto 
incrementados en los últimos años por el aumento en especial de la actividad minera y 
agrícola aumentando los riegos de contaminación de las aguas. 
 
En nuestro país uno de los mayores impactos sobre el recurso hídrico en los sistemas 
fluviales ha sido la contaminación por metales pesados, principalmente por la actividad 
minera las cuales han afectado las aguas y sedimentos. La actividad minera modifica el 
espacio, genera grandes volúmenes de residuos minerales, que históricamente han sido 
descargados en algunos ríos. 
 
Un mayor incremento de metales pesados en agua está determinado en parte por las 
condiciones del lugar, la naturaleza de los minerales, el proceso de extracción minera y 
factores medioambientales. En ríos de la zona central históricamente se ha desarrollado 
la actividad minera, y se han detectado altas concentraciones de metales totales en las 
aguas superficiales. Por ejemplo asociado al material particulado se detectó arsénico, 
cobre, molibdeno en los ríos Maipo (RM), Aconcagua (V región) y Cachapoal (VI 
región), de origen natural y producto de vertidos mineros (Vila et al, 1996). 
 
En Chile se esta desarrollando el proceso de establecimiento de “Normas Secundarias de 
Calidad Ambiental para Aguas Continentales Superficiales” NSCA, para lo cual el 
Departamento de Control de la Contaminación de la Comisión Nacional del Medio 
Ambiente (CONAMA) ha diseñado una “Guía para el Establecimiento de Normas 
Secundarias de Calidad Ambiental para Aguas Continentales Superficiales, NSCA” 
(CONAMA, 2004). Estas normas tienen como uno de los objetivos principales el servir 
de protección y conservación de las comunidades acuáticas y para los usos prioritarios 
del agua. Para poder aplicar esta normativa se debe realizar una buena evaluación de la 
calidad del agua superficial, determinando los componentes físicos y químicos que la 
afectan, lo que significa incorporar al componente sedimento. Como también tener 
presente que su composición cambia en función del tiempo y del espacio. 
 
Hoy en día se evalúa la calidad del agua determinando los componentes físicos y 
químicos sólo de la columna de agua superficial, sin considerar a los sedimentos 
propiamente tal, que la influencian directamente, a través de la dinámica interfaz 
sedimento-agua. Por otro lado conocer la calidad del agua evaluando los componentes 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
9
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
 
 
Interfaz 
 Sumidero Fuente 
Componente Químico 
disuelto o suspendido
 Biota 
ResuspensiónSedimentación 
Bioacumulación 
 
 Otros: 
Bioindicación 
físicos y químicos del sistema da una mirada instantánea de la condición del recurso 
faltando incorporar la temporalidad en la evaluación, siendo posible a través de la 
incorporación de las variables biológicas. Estas reflejan la historia acumulativa del lugar, 
generando una mirada integral en el tiempo, lo que podría darse con las futuras NSCA, 
las que incluyen el criterio biológico, como una herramienta de aproximación para 
determinar impactos. 
 
El análisis de sedimentos se ha usado ampliamente como un indicador medioambiental 
para evaluar la magnitud de la contaminación en un sistema acuático, como estos 
continuamente interaccionan con la fase liquida, es conveniente combinar análisis de 
sedimento y agua. Los sedimentos actúan como portadores y posibles fuentes de 
contaminación, comportándose como un reservorio de contaminantes (FDEP, 1994; 
Calmano, 1996). Bajo determinadas condiciones físicas y químicas estos pueden tener 
efectos adversos sobre la biota la cual serviría de bioindicadora, como también 
transfiriendo compuestos tóxicos a lo largo de la cadena trófica por bioacumulación 
(U.S. EPA, 1998), como por ejemplo metales pesados (Fig. 1). La movilización y 
disponibilidad de componentes dependen de procesos físicos, químicos y biológicos. 
Estos dependen en gran medida del intercambio de masa en la interfase sedimento - 
columna de agua. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fuente: modificado de Buffle & De Vitre, 1994. 
 
Figura 1. Procesos interacción sedimento - agua 
 
La sedimentación del material particulado permite almacenar diferentes especies 
químicas, tanto metales como de otros tipos de contaminantes, influyendo en la 
composición del agua superficial. Además del movimiento del material particulado a 
través de la columna de agua, también provoca un flujo de especies químicas desde los 
sedimentos hacia la solución natural. 
 
Los sedimentos pueden ser movilizados a la columna del agua por cambios en las 
condiciones ambientales tales como pH, potencial redox, oxigeno disuelto o la presencia 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
10
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
de quelatos orgánicos (Förstner, 1981; Sing et al., 1987; Carignan y Tessier, 1988; 
Vaithiyanathan et al., 1993; Singh et al., 1999). Por otra parte, numerosos estudios han 
demostrado el poder quelatante del EDTA, que disuelve metales de los sedimentos 
incorporándolos a la columna del agua (Frimmel et al., 1989; Alder et al., 1990; Gonsior 
et al., 1997). Otra posibilidad es que la presencia de ciertos componentes de las 
formulaciones de detergentes como son los tensioactivos, agentes blanqueadores, 
estabilizantes, entre otros, participen en la movilización de los metales pesados (Wiener 
et al., 1984; El Falaki et al., 1994).Por tanto, el análisis de metales pesados en sedimentos nos permite detectar otra fuente 
de contaminación que incide en la calidad de las aguas y también proporciona 
información a cerca de las zonas críticas del sistema acuático (Förstner y Salomons, 
1980; Baudo y Muntau, 1990; Belkin y Sparck, 1993; Förstner et al., 1993; Chen et al., 
1996; Moalla et al., 1998). De la concentración total del metal, sólo ciertas formas 
químicas son tóxicas para los organismos, estas incluyen iones libres y metales 
liposolubles (Morrison et al. 1989; Chen et al., 1996). Es importante considerar la 
hidrodinámica del sistema que permita establecer las condiciones de transporte de las 
partículas en la zona de interfaz y sus posibles repercusiones en la columna de agua 
(Rosas, 2001). 
 
Respecto al componente biológico, la NSCA establece la incorporación del criterio 
biológico a través del uso de bioindicadores y/o bioensayos, como herramienta de 
aproximación para determinar el impacto producido por situaciones de emergencia 
relacionadas con la protección de comunidades acuáticas. 
 
En este estudio se realizó un diagnóstico de cuencas de la zona central del país 
pertenecientes a la zona hidrológica semiárida y subhúmeda (Niemeyer & Cereceda, 
1994) que contasen con proceso de norma secundaria en desarrollo y que presentaran 
actividad minera, con el fin de realizar un estudio integral para la evaluación de la 
calidad del agua. Este estudio integral consistió en generar metodologías para relacionar 
las matrices sedimento - agua superficial, tomando en cuenta la dinámica física y 
química, la composición comunitaria de la biota in situ y poblacional in vitro a través de 
bioensayos. Con ello se contribuye a generar información para aporte a la planificación 
del recurso hídrico de acuerdo a los estándares actuales de protección ambiental que se 
desarrollen en el país. 
 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
11
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
II. OBJETIVOS 
 
1. OBJETIVO GENERAL 
 
Obtener una caracterización física y química de los sedimentos en cuencas con 
Normativa Secundaria de Calidad Ambiental (en adelante NSCA), y analizar la 
influencia de los sedimentos en la calidad del agua superficial, fundamentalmente en 
metales, estableciendo la relación sedimento-agua. 
 
 
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 
• Identificar las principales fuentes de contaminación en las áreas de estudio de las 3 
cuencas. 
• Analizar y caracterizar la calidad del agua en las áreas definidas en las cuencas 
seleccionadas. 
• Analizar y caracterizar en sus aspectos físicos y químicos los sedimentos de las áreas 
definidas en las cuencas seleccionadas. 
• Establecer relaciones para metales en la matriz sedimento y en la matriz agua. 
• Evaluar la calidad del agua bajo enfoque de integridad ecológica. 
• Evaluar toxicológicamente el agua poral obtenida de sedimentos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
12
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
III. GENERALIDADES 
 
1. ASPECTO HIDRODINÁMICO 
 
La interacción entre el escurrimiento y el lecho en un cauce natural determina el 
comportamiento de los sedimentos al interior del sistema. Es en la interfaz agua/lecho en 
donde se realiza un intercambio constaste de masa, calor, energía y momentum, a 
distintas escalas espaciales y temporales. El intercambio de masa disuelta entre los 
sedimentos de fondo y la columna de agua determinan en gran medida la calidad de esta 
última, debido a la capacidad de los sedimentos de adsorber contaminantes, como por 
ejemplo, metales pesados. Actualmente, existe suficiente evidencia que indica que la 
turbulencia de la columna de agua es un factor muy importante que determina dichas 
tasas de intercambio (e.g., Hondzo, 1998; Steinberger & Hondzo, 1999) en conjunto con 
otros parámetros químicos. Por ejemplo, en el caso de los metales pesados, los procesos 
químicos básicamente determinan la disponibilidad de los solutos para ser transferidos 
desde los sedimentos a la columna de agua, pero la turbulencia domina los flujos 
másicos en la interfaz sedimento/agua. En particular, la turbulencia controla la existencia 
de vórtices que perturban la capa límite difusiva forzando tasas de intercambio mayores 
que las que se tendrían por efectos puramente moleculares (Huettel & Webster, 2001). 
 
Los procesos de depositación y erosión de material fino presente en el lecho, que son 
controlados también por la turbulencia del flujo (Niño et al., 2003), determinan la 
posibilidad de retener los contaminantes adsorbidos en las partículas de sedimento en el 
lecho (en el caso de la sedimentación) aumentando sus tiempos de residencia o, por el 
contrario poner material fino en la columna favoreciendo procesos de desorción (en el 
caso de procesos de erosión o suspensión de partículas desde el lecho). 
 
Así, se hace necesario estudiar las características hidráulicas y turbulentas que se 
presentan en los sitios que serán estudiados, para evaluar tanto los procesos de 
intercambio de masa en la interfaz sedimento/agua, como los procesos de transporte de 
sedimento asociados. Con este fin resulta también relevante caracterizar la granulometría 
del lecho y de los sedimentos transportados en dichos sitios. La Fig. 2 muestra 
esquemáticamente los procesos físicos recién mencionados. 
 
ADSORCION - DESORCION
TRANSPORTE, RESUSPENSION, SEDIMENTACION
DE PARTICULAS DE SEDIMENTO
TRANSFERENCIA DE MASA
DISUELTA
MEZCLA TURBULENTA
h v
τ
ds LECHO
COLUMNA DE AGUA
 
 
Figura 2. Esquema de procesos físicos que determinan el proceso de transferencia de metales 
entre los sedimentos del lecho y la columna de agua 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
13
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
En la figura 2, v denota velocidad del flujo, h altura de escurrimiento, τ esfuerzo de corte 
de fondo, ds tamaño del sedimento. 
 
 
2. ASPECTO QUÍMICO 
 
En los sistemas acuáticos se disuelven numerosas sales y sustancias de acuerdo a sus 
solubilidades. La presencia en el terreno de diferentes materiales y estructuras 
geológicas son fuente de una gran variedad de iones disueltos en aguas superficiales, los 
que nos permitirían saber, de no haber existido la actividad humana, que tipo de suelo 
atraviesa un cauce de agua. Algunos de estos iones se encuentran en forma mayoritaria, 
respecto a los demás elementos en todas las aguas continentales: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, 
Cl-, SO42-, CO32-, mientras que otros se hallan a niveles de trazas, como es el caso de los 
metales pesados, siendo algunos de ellos necesarios para el correcto desarrollo de los 
microorganismos, plantas y animales. La importancia de los metales pesados en aguas y 
sedimentos es por su elevada toxicidad, alta persistencia y rápida acumulación por los 
organismos vivos. 
 
2.1. Aguas superficiales y metales pesados 
 
En la actualidad se estima que más de un millón de sustancias diferentes son 
introducidas en las aguas naturales a través de los vertidos antropogénicos (Förstner, 
1993), las que pueden alterar las características organolépticas del agua, perturbar 
severamente el ecosistema y/o ser directamente nocivas para el hombre. 
 
La disponibilidad y calidad química de las aguas naturales de los ríosde Chile ha estado 
influenciada por diversos factores, tales como: el clima oceánico (temperaturas, 
precipitaciones y viento), el comportamiento hidrológico de los escurrimientos 
superficiales y subterráneos. Por litología los ríos del Norte de Chile poseen rangos 
naturales de concentraciones altas de metales disueltos, en la zona central hay alta 
concentración de boro, cobre, hierro, molibdeno en parte por origen natural y por 
vertidos agrícolas y mineros (DGA, 1996; OECD-CEPAL, 2005). En 1990 se determinó 
que de 102 acuíferos, 45 presentaron alto nivel de nitrato y 35 altos concentraciones de 
hierro y manganeso. Ha aumentado la erosión, el ingreso de material particulado y el 
vertimiento de riles y agroquímicos al cauce, modificando los tramos medios y bajos de 
los ríos (Molina y Vila, 2006). 
 
Los contaminantes orgánicos y los metales pesados no se eliminan de los ecosistemas 
acuáticos en forma natural debido a que no son biodegradables (Förstner & Witmann, 
1981; Murray, 1996). Los metales pesados en los sistemas acuáticos como los ríos 
tienden a formar asociaciones con sustancia minerales (carbonatos, sulfatos, etc.) y en 
mayor grado con sustancias orgánicas mediante fenómenos de intercambio iónico, 
adsorción, quelación, formación de combinaciones químicas etc., acumulándose 
principalmente en los sedimentos (Förstner & Witmann, 1981; Dekov et al., 1998). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
14
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
2.2. Sedimentos y metales pesados 
 
Los sedimentos se van formando por acumulación de materiales de origen detrítico, 
químico u orgánico, resultantes de la erosión de rocas, precipitación de elementos 
disueltos en el agua, acumulación de materia orgánica; depositándose al disminuir la 
energía del fluido que los transporta (agua o viento). Su composición depende de los 
materiales que lo originan por procesos de meteorización u otros influenciados por el 
hombre, (Mc Bride, 1994; Doménech, 1997). 
 
En general, la composición química de un sedimento resulta de un componente orgánico 
(microorganismos, residuos, detritus) e inorgánico. Los inorgánicos son generados en la 
erosión de las rocas, en los materiales sueltos y consolidados, además de compuestos 
generados por precipitación de sales disueltas, tales como sulfatos, carbonatos y sílice 
(Hakanson, 1983). 
 
La naturaleza química primaria de un sedimento está determinada por los procesos de 
meteorización que lo han originado y de fraccionamiento mecánico (lavado) por efecto 
del transporte y la deposición (Welcomme, 1985). La composición original puede 
cambiar después de la deposición por procesos de diagénesis, litificación y 
metamorfismo (Huerta, 2006). 
 
Origen y composición química de sedimentos 
 
De acuerdo al transporte, los sedimentos pueden ser de material disuelto, suspendido y 
depositado, lo cual dependerá del tamaño de la partícula y de la turbulencia de la 
corriente. Las partículas en suspensión son importantes en el sedimento, puesto que 
están constituidas por partículas finas mantenidas por la hidrodinámica del sistema las 
que se pueden asentar al disminuir la velocidad de la corriente o por presencia de 
partículas de mayor tamaño que se redepositan por gravedad. Estas partículas pueden 
contener elementos tóxicos como metales pesados, o servir como nutrientes o ser de 
naturaleza orgánica. Los metales pesados en los sedimentos están asociados a las 
“arcillas” partículas de tamaño entre 2 - 0,45 µm, con carga negativa que intercambian 
cationes y dada su gran área superficie/volumen, son altamente reactivas (Juregg y col, 
1982; Singh y col, 1999). La fracción arcilla generalmente contiene cuarzo, feldespatos, 
óxidos de hierro y carbonatos, además de los minerales arcillosos (Huerta, 2006). Los 
contaminantes y nutrientes están adsorbidos sobre las partículas a la forma de material 
orgánico, carbonatos y sulfuros, incluida en la matriz mineral de minerales específicos 
tales como apatita o fosfato de calcio, silicatos y otros no alterables (Alfaro, 1986). 
 
La línea base natural de un sedimento, representado por el material litogénico, varía 
geográficamente y temporalmente de acuerdo a las características geológicas, climáticas 
y biológicas (vegetación) (Ayers, 1985; González, 1986). Se ha encontrado que la 
concentración promedio de elementos tales como Si, Al, Fe, K, Ga, Hg, Ta, Ti y U no 
varía, contrario al Ca, Cs, Cu, Li, Mo, Ni, Pb, Sr y Zn (Sigg et al., 1987; Singh y col., 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
15
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
1999), lo que se atribuye a la intensidad del proceso de intemperización. Por otra parte, 
al comparar la razón entre los elementos detectados en la fase disuelta y fase particulada, 
mostraron que respecto al contenido total, más del 90% de P, Ni, Si, Co, Mn, Cr, Pb, V y 
Cs fue transportado por las partículas. 
 
Propiedades químicas de la superficie de las partículas 
 
Genéricamente los mecanismos de adsorción presentes en la interfase sólido-líquido, se 
pueden clasificar en los siguientes: 
 
a) Adsorción física, debido a fuerzas no específicas de atracción (tales como las 
fuerzas de Van der Waals) que involucran las nubes electrónicas tanto del metal 
como del adsorbente. 
 
b) Adsorción electrostática (intercambio de iones) debido a la atracción por fuerzas 
de Coulomb entre la carga del soluto. 
 
c) Adsorción específica, resultado de las fuerzas de atracción responsable de los 
enlaces químicos a sitios específicos de la superficie del adsorbente. 
 
d) Coprecipitación o formación de solución sólida, cuyo resultado puede conducir a 
la remoción de la especie metálica desde la solución. 
 
Los procesos de adsorción son influenciados por las características físicas y químicas de 
la solución natural. El pH, potencial redox, temperatura, concentración de agentes 
complejantes, concentración de elementos traza, especiación de éstos, propiedades 
enlazantes, fuerza iónica, composición y propiedades de la superficie, son factores 
significativos en la asociación de la interfase. Sin embargo, el factor más relevante en 
esta interacción es el pH, por ejemplo los iones metálicos que se hidrolizan a pH inferior 
a 8,5 pueden ser adsorbidos por el material particulado (Förstner & Solomons, 1980; 
Bejarano, 1992; Chen y col, 1996; Moalla y col., 1996). 
 
La composición de los sedimentos es altamente heterogénea e incluye tanto minerales 
como materia orgánica. Los metales ingresan a través de procesos de precipitación, 
intercambio iónico, coprecipitación y adsorción. Ciertas formas de metales son 
resistentes al intercambio con el agua, manteniéndose estables por largos períodos de 
tiempo (entre éstos se destacan los provenientes de restos rocosos y de matriz arcillosa) 
(Fuenzalida, 1965; Klohn, 1972; Golterman, 1983). En los sedimentos puede haber 
remobilización de especies hacia la columna de agua, porque los procesos químicos 
están fuertemente determinados por la degradación de materia orgánica que origina una 
secuencia de reacciones de óxido-reducción. Esta secuencia redox se origina al 
reaccionar la materia orgánica (en exceso) con el oxígeno, nitratos, sulfatos y 
bicarbonatos (proceso que remueve el oxígeno disuelto) dando lugar a la formación de 
especies reducidas (anhídrido carbónico, amonio, sulfuros y metano). Dichos productos 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓNCON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
16
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
provocan cambios en la química de los sedimentos reduciendo los metales oxidados, así 
a la forma soluble se mobilizan a la columna de agua. Ejemplos típicos son las 
trasformaciones que experimentan las especies oxidadas de hierro y manganeso, que en 
ambientes sedimentarios son reducidos y trasformados en especies solubles e ingresan a 
la solución (Castro, 1982; Alonso, 1983; González, 1991). 
 
Varias actividades productivas, tales como la minería metálica y la agricultura, han 
modificado la calidad de los sedimentos repercutiendo en la calidad del agua superficial 
en los ríos. Esto constituye un riesgo ambiental puesto que con estas mismas aguas se 
debe abastecer a la población y regar los suelos agrícolas. 
 
 
3. ASPECTO BIOLÓGICO 
 
La evaluación de la calidad del agua en el país se ha estado realizando en base a análisis 
fisicoquímicos y bacteriológicos a través del cumplimiento de la NCh 1333. Sin 
embargo, los recursos hídricos en el país están en deterioro, para lo cual hoy en día se 
está desarrollando el proceso de “Norma Secundaria de Calidad para la Protección de las 
Aguas Continentales Superficiales” en el cual uno de los objetivos es la protección de 
los ecosistemas y de las comunidades acuáticas. El cumplir con este objetivo genera una 
serie de necesidades que en algunos casos no es de fácil cumplimiento. Es importante 
para normar el conocer el estado natural del recurso, pero este factor está enmascarado 
por la contaminación histórica de los cauces, establecer los componentes que influyen en 
la evaluación de la calidad de agua y determinar el nivel de estado del recurso en el 
tiempo. Para ayudar a dilucidar estos aspectos es que la Guía de CONAMA representa 
una oportunidad, el establecer el uso de bioensayos y/o bioindicadores para evaluar la 
calidad de agua. 
 
3.1. Bioensayos 
 
Históricamente, la evaluación de contaminantes en sedimentos, mediante el uso de 
organismos acuáticos, se ha enfocado en pruebas de eluídos (elutriates) y agua 
intersticial (pore water). 
 
Las aguas intersticiales se han utilizado extensamente, asumiendo que a menudo los 
contaminantes de los sedimentos están en equilibrio con el agua intersticial. Sin 
embargo, la química del agua intersticial puede ser alterada durante su extracción de los 
sedimentos. Los test con agua intersticial pueden sobrestimar la toxicidad de los metales 
por la oxidación de los sulfuros, los cuales de otro modo estarían ligados a metales, o 
subestimar la toxicidad si los metales se precipitan con hierro durante la extracción. 
Adicionalmente, muchas especies bentónicas ingieren sedimentos y esta vía alimenticia 
de exposición a los contaminantes no es medida en test con aguas intersticiales. 
 
Se ha desarrollado un reciente énfasis en el desarrollo de test de toxicidad en conjunto 
con los sedimentos (whole-sediments) con especies bentónicas que viven en contacto o 
insertos en los sedimentos. La mayoría de los test son agudos (usualmente de 10 días) y 
determinan la sobrevivencia de los organismos en sedimentos contaminados. Sin 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
17
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
embargo, ha aumentado la necesidad de test crónicos que midan crecimiento y 
reproducción en largos periodos. (Simpson et al., 2005). 
 
 
3.1.1. Bioensayos en Sedimentos 
 
Similar a los test de toxicidad en especies acuáticas, las diversas especies bentónicas 
tienen distintas sensibilidades a los tóxicos; por lo tanto es importante en evaluaciones 
de calidad de sedimentos utilizar un conjunto test con organismos que tengan diferentes 
estrategias de alimentación y de comportamiento para cubrir todas las rutas potenciales 
de exposición. Esta pueden incluir una especie bentónica que viva en la interfase del 
sedimento, un alimentador de los depósitos epibentónicos, e.g. anfípodos (ingestión de 
sedimentos), un anfípodo excavador (consumo de agua y sedimentos), un bivalvo 
bentónico (consumo de agua y sedimentos) y un gusano poliqueto (ingestión de 
sedimentos) (Simpson et al, 2005). 
 
Los test de toxicidad desarrollados en conjunto con los sedimentos colectados de terreno 
y la dosificación de estos en laboratorios es una línea esencial que evidencia que los 
contaminantes de los sedimentos pueden producir efectos observables en las 
comunidades bentónicas. 
 
Estos protocolos miden toxicidad aguda a corto plazo (≤10 días) en macroinvertebrados 
bentónicos, tales como anfípodos y quironómidos. Lamentablemente, la mayoría de los 
test de toxicidad de sedimentos están enfocados en toxicidad aguda (tiempos cortos de 
exposición) y no en toxicidad crónica (tiempos largos de exposición), ya que su larga 
duración aumenta los costos e impide su aceptación generalizada (Simpson et al, 2005). 
Los primeros bioensayos en sedimentos fueron realizados a comienzos de los 1970 y 
demostraron la conducta de evasión de los anfípodos a sedimentos contaminados. 
Muchos de los trabajos que demostraron los efectos de los sedimentos contaminados 
llegaron en 1980. A mediados del 1990, se publicaron los métodos estandarizados para 
evaluaciones en conjunto con los sedimentos con US EPA, American Society for 
Testing and Materials (ASTM) y Environmental Canada. (Burton y Landrum, 2003). 
 
Las especies de agua dulce que han sido utilizadas en Estados Unidos incluyen especies 
bentónicas y de la columna de agua, como: Selenastrum capriconutum, Daphnia magna, 
Ceriodaphnia dubia, Pimephales promelas, Hyalella asteca, Chironomus tentans y C. 
riparius, y Hexagenia limbata (ASTM, 2005). 
 
La selección del organismo de prueba tiene la mayor influencia en la relevancia, éxito e 
interpretación de los test, más aún si consideramos que no existe un organismo que sea 
el más adecuado para todos los sedimentos. 
 
Otra manera de poder evaluar efectos de toxicidad es a través de análisis de ciclo de 
vida. Una metodología clásica de comprensión de ciclos de vida está dada por análisis de 
tablas de vida, que corresponde a un registro de mortalidad y reproducción en el tiempo 
para una cohorte de organismos mantenidos en laboratorio. Una tabla de vida dinámica o 
de cohorte corresponde al seguimiento de una única cohorte de individuos, i.e. a un 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
18
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
grupo de individuos nacido dentro de un mismo intervalo de tiempo breve, desde el 
nacimiento hasta la muerte del último sobreviviente (Begon et al, 2006). 
 
Las pruebas de toxicidad son herramientas esenciales para la evaluación de la capacidad 
de un material de causar efectos adversos (letales o subletales) en organismos vivos 
acuáticos, esto debido a que son indicadores sensibles y ecológicamente relevantes (NCh 
2083). En este tipo de procedimiento, las respuestas (fisiológicas, demográficas o 
poblacionales) de organismos acuáticos son usadas para detectar o medir la presencia o 
efecto de una o más sustancias, desechos o factores ambientales, solos o combinados. 
 
Diversos grupos de organismos han sido utilizados en bioensayos estandarizados, para la 
evaluación de la condición tanto de agua como de sedimentos, entre ellos se encuentran 
algas, fitoplancton, protozoos, rotíferos, cladóceros, anélidos, moluscos, artrópodos, 
decápodos, insectosy peces. 
 
En general, las principales consideraciones para la selección de organismos a utilizar en 
pruebas de toxicidad son (APHA, 1998): 
a) Su distribución geográfica, abundancia y disponibilidad en amplios períodos del año, 
b) su importancia recreacional, económica y/o ecológica, 
c) sus características ecológicas, e.g. requerimientos y duración de su ciclo de vida, 
d) la facilidad de cultivo, y 
e) sus condiciones físicas generales. 
 
Exhaustivamente se han desarrollado pruebas de toxicidad aguda y crónica sobre 
organismos planctónicos, entre ellos se mencionan: efecto de metales pesados sobre 
poblaciones de rotíferos (Rao & Sarma 1986, 1990; Luna-Andrade et al., 2002; Gama-
Flores et al., 2007); efecto de pesticidas sobre rotíferos (Gama-Flores et al., 1999, 2004; 
Sarma et al., 1998; Sarma et al., 2001a, 2001b, 2001c); efecto de insecticidas sobre 
copépodos (Jonson, 1978); efecto de enriquecimiento orgánico sobre cladóceros 
(Martínez-Jerónimo & García-González, 1994; Mangas-Ramírez et al, 2002); efecto de 
metales de pesados en sedimentos sobre poblaciones de cladóceros (Burton et al., 2001); 
entre otros. Dada la facilidad de cultivo y las respuestas sensibles a diversidad de 
agentes, este tipo de ensayos se encuentra ampliamente validado. 
 
A pesar de la validez y pertinencia del uso bioensayos con organismos zooplanctónicos, 
en Chile la normativa regula tan sólo el uso de cladóceros en ensayos de toxicidad aguda 
para evaluar la calidad de agua. Se han asumido, por tanto, las metodologías propuestas 
por agencias internacionales, como U.S. EPA, OECD, etc. para su uso en ensayos 
crónicos que permitan evaluar la mortalidad y natalidad asociada a concentraciones 
estandarizadas de algún contaminante. 
 
Sin embargo, esta aproximación resulta reduccionista si se evalúa la definición original 
de ecotoxicología propuesta por Truhaut en 1969, quien la definió como "la rama de la 
toxicología enfocada en el estudio de efectos tóxicos causados por contaminantes 
naturales y sintéticos, sobre los componentes de los ecosistemas, animales, vegetales y 
microbiota, en un contexto integral” (Truhaut, 1977). Caswell (1996) ha señalado al 
respecto que los procesos ecológicos en cierto nivel jerárquico son determinados por 
mecanismos presentes en niveles inferiores, y cuya respuesta se evidencia en un nivel 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
19
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
inmediatamente superior. Bajo esta consideración, una crítica al uso de bioensayos 
crónicos es la desvinculación entre efectos de contaminantes sobre los niveles de 
organización celular/molecular y organísmico y sus posibles consecuencias en los 
niveles de organización superior (Bridges & Dillon, 1993). 
 
Una alternativa propuesta y exitosamente utilizada en evaluación de contaminantes y sus 
efectos sobre parámetros demográficos e historias de vida, es el acercamiento 
poblacional matricial, y complementariamente los análisis de sensibilidad tanto 
prospectivos (sensibilidad y elasticidad) como retrospectivos (LTRE), los que 
permitirían establecer enlaces entre visiones puramente individuales y sus efectos a nivel 
poblacional (Bridges & Dillon, 1993; Caswell, 1996; Levin et al., 1996; Benton & 
Grant, 1999; de Kroon et al., 2000; Barata et al., 2002; Caswell, 2001; Pardo et al., 
2007, Ramos-Jiliberto & Aránguiz-Acuña, 2007). 
 
Ya que el diseño experimental de los ensayos crónicos altera fuertemente la estimación 
cuantitativa de las tasas vitales y de los rasgos de historia de vida, la aproximación 
matricial propuesta permite comparar diferencias de respuestas demográficas entre 
concentraciones de muestra (tratamientos) tomando los beneficios del cuerpo teórico y 
técnico desarrollado actualmente en el análisis de “Experimentos de Respuesta de Tabla 
de Vida, LTRE” (Caswell, 2001). 
 
 
3.2. Bioindicadores 
 
Uno de los problemas al evaluar la calidad del agua son las escalas espaciales y 
temporales adecuadas. La evaluación química refleja las condiciones instantáneas de un 
cuerpo de agua, sin embargo los organismos permiten detectar condiciones ambientales 
específicas incorporando criterios biológicos que son “valores numéricos o expresiones 
narrativas que describen la integridad biológica de la estructura y función de las 
comunidades de aguas destinadas a diferentes usos (U.S. EPA, 2003) (Fig. 3). 
 
Hay varios ejemplos de la incorporación de comunidades acuáticas para la evaluación de 
la calidad del agua de sistemas fluviales, situación que es realidad en Estados Unidos y 
Europa (DMA, 2000; U.S. EPA, 2003) y en países de Latinoamérica están el proceso de 
incluirlas (Panamá, Venezuela, Brasil, Colombia) (Davis & Simon, 1995) habiendo ya 
desarrollado una serie de estudios donde han demostrado su utilidad (Roldan, 2003). En 
su mayoría se han usado a los macroinvertebrados bentónicos, puesto que corresponden 
alrededor del 80% del bentos fluvial (Rosenberg & Resh, 1993). Los 
macroinvertebrados bentónicos, o bentos (macro = grande; invertebrado= animal sin 
huesos; bentos = fondo) son organismos que habitan en el fondo de los cuerpos de agua 
y que sirven como indicadores biológicos de la calidad del agua (Prat et al., 2009). 
 
La U.S. EPA (U.S. Environmental Protection Agency) sugiere la aplicabilidad de los 
indicadores ambientales desde los años setenta en adelante para dar información de la 
estructura y función de las comunidades biológicas presentes y/o sus cambios históricos, 
realizando cambios para incorporar la salud de los sistemas biológicos a los programas 
en vías a restaurar y mantener la integridad de las aguas (Clean Water Act, 1972). 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
20
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
 
Física Química 
 IE
Biología 
La biota estaría representada por los macroinvertebrados bentónicos, los cuales son 
bioindicadores. Estos responden a cambios físicos y químicos del sistema, reflejando la 
integridad biológica (IB), la cual se define como la capacidad de un ecosistema acuático 
para soportar y mantener un balance integrado, una comunidad de organismos adaptada 
teniendo una composición de especies, diversidad y organización funcional comparable 
al del hábitat natural de una región” (Davis & Simon, 1995), Fig. 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3. Componentes del enfoque de “Integridad ecológica” (I.E.). 
 
Los bioindicadores reflejan cambios físicos y químicos del sistema. Se define integridad 
biológica como la capacidad de un ecosistema acuático para soportar y mantener un 
balance integrado, una comunidad de organismos adaptada teniendo una composición de 
especies, diversidad y organización funcional comparable al del hábitat natural de una 
región” (Davis & Simon, 1995). 
 
En general, el concepto de especie indicadora es ampliamente aceptado y está definido 
como: “especie (o conjunto de especies) que tienen un particular requerimiento en 
relación a variables físicas o químicas, tales que los cambios en la presencia/ausencia, 
número, morfología, fisiología o de comportamiento de esas especies indican que las 
variables físicas o químicas consideradas, están por fuera de los límites acostumbrados o 
normales” (Rosemberg & Resh, 1993). 
 
El indicador biológico es un detector que muestra la existencia de condiciones que son 
complejas de interpretar y resultan de una multitud de factores difíciles de medir 
directamente. Como pueden utilizarse más de uno, en la interpretacióndel proceso, 
todos ellos se combinan dentro de un índice simple llamado Índice Biológico (Ghetti, 
1986). 
 
Se distinguen tres enfoques principales para evaluar la respuesta de las comunidades de 
macroinvertebrados a la contaminación. Estos son: el de diversidad, el saprobio y el 
biótico. 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
21
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
 
El enfoque de diversidad considera tres componentes fundamentales de la comunidad: 
riqueza, uniformidad y abundancia. La comunidad natural sin perturbación presenta gran 
diversidad de especies y bajo número de individuos por especie; o bajo número de 
especies y muchos individuos de éstas especies. A pesar de la claridad del concepto sus 
resultados pueden variar dependiendo del método de muestreo, naturaleza del sustrato y 
época del año. Se han desarrollado varios índices para medir la calidad del agua, siendo 
uno de los más conocidos el de Shannon Weaver (1949, 1963); el de Simpson (1949) y 
el de Margalef (1951). 
 
El enfoque saprobio se incorporó en medidas de calidad del agua desde 1909 por 
Kolkwitz & Marsson, en Alemania. Se refiere a la capacidad que tenían ciertos 
organismos de vivir en determinados niveles de contaminación, distinguiendo tres zonas: 
Polisapróbica, Mesosapróbica y la Oligosapróbica; esta última es para lugares donde los 
procesos oxidativos son los predominantes. Se incorpora a los organismos desde los 
hongos y algas hasta vertebrados y se incorporan aspectos fisicoquímicos DBO5, amonio 
y oxígeno disuelto. Puede ser aplicado a todo tipo de ríos, pero se requiere nivel de 
especie, lo cual no siempre es disponible en el neotrópico, dado el conocimiento 
taxonómico del cual se dispone. Hoy en día se usa en Alemania para la evaluación de la 
calidad del agua donde cada cinco años se actualizan los mapas de calidad de agua, lo 
que está a cargo de la LAWA (Asociación de los Estados para el trabajo sobre el Agua). 
 
El enfoque biótico abarca los aspectos de saprobiedad, combinando diversidad de 
especies con información cualitativa sobre la sensibilidad ecológica de taxones de 
individuos en una expresión numérica. En la mayoría de los índices se calcula un puntaje 
basado en la tolerancia de cada taxón de una comunidad de macroinvertebrados y en una 
medida de su abundancia. Se han usado distintos niveles de categoría taxonómica para 
asignar los puntajes de tolerancia, sin embargo se sabe que el grado de tolerancia de 
muchos macroinvertebrados bentónicos difiere dentro de la familia y más aún entre 
géneros. Estos índices se han incorporado en varios países en los monitoreos biológicos, 
algunos de los más usados son el Biological Monitoring Working Party (BMWP) 
(1970), el Índice de Hilsenhoff (1988). 
 
En Latinoamérica los índices más ampliamente aplicados son los siguientes: 
 
• BMWP’ (Biological Monitoring Working Party) adaptado y modificado a la 
fauna del sur occidente Colombiana por la Universidad del Valle (Zúñiga de 
Cardoso, 1997 en Domínguez & Fernández, 1998) 
 
• BMWP (Biological Monitoring Working Party) de Armitage et.al. (1983) en 
Domínguez & Fernández (1998) utilizado en el río de Tucumán Argentina, 
 
• EPT (Ephemeroptera, Plecóptera y Trichoptera) de Carrera & Fierro (2001) 
aplicado en el río Angosturita en Argentina y, 
 
• Indíce Biótico de Familia aplicado en la Cuenca del estero Peu Peu, Chile 
(Figueroa et al., 2003). 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
22
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
En el país ya se han iniciado experiencias mediante el uso de bioindicadores a través de 
uso de índices bióticos para ríos de diferentes zonas hidrológicas. Han sido aplicados 
con mayor frecuencia en la zona subhúmeda y húmeda (CENMA, 2006; Sabando y 
Peñaloza, 2006; Figueroa et al, 2003; Figueroa, 2004; Figueroa et al, 2007). La cuenca 
del río Bío Bío es la más adelantada en este aspecto, puesto que el uso de bioindicadores 
se considera como parte del programa de vigilancia en el Anteproyecto de NSCA. 
Actualmente CONAMA ha formulado diversos estudios en el cual uno de los objetivos 
es la aplicación de bioindicadores para evaluar la calidad de aguas. 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
23
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
 
IV. METODOLOGÍA 
 
1. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE CUENCAS, SELECCIÓN DE ÁREAS Y 
CRITERIOS DE MUESTREO EN LAS CUENCAS DE ESTUDIO 
 
1.1. Selección de Cuencas. 
 
Para la selección de las cuencas de estudio se realizó una recopilación y posterior 
revisión de información bibliográfica disponible sobre las posibles cuencas de interés 
pertenecientes a la Zona Central de nuestro país (entre la IV y la VI región). En la 
selección de las cuencas de estudio se consideraron los siguientes criterios descritos a 
continuación: 
 
√ Cuencas incorporadas en los Programas Priorizados de Normas Secundarias de 
Calidad Ambiental y/o en desarrollo de dicho proceso normativo. 
 
√ Cuencas que presentaran actividad minera, ya sea pasada, presente o que tengan 
en cuenta a futuro contar con esta actividad. 
 
√ Cuencas que por su naturaleza geológica poseen en sus aguas un contenido 
natural de metales. 
 
√ Cuencas que contasen con registros de aspectos físicos, químicos y biológicos. 
 
√ Información generada en las cuencas. 
 
√ Cuencas de interés a ser sugeridas por el equipo de expertos del proyecto. 
 
√ Experiencia del equipo de trabajo. 
 
Las cuencas propuestas y la información recopilada de estas fue obtenida de diversas 
fuentes de información, tales como estudios de servicios públicos, publicaciones y otros 
antecedentes provenientes de universidades, Juntas de Vigilancia e informes generados 
por el mismo equipo consultor. Se revisó el estudio “Diagnóstico y Clasificación de 
cursos y cuerpos de agua según Objetivos de Calidad” (DGA, 2004) y se recopiló 
información sobre estaciones de monitoreo vigentes en las cuencas a proponer 
(Estaciones de Monitoreo de Calidad de agua (Red de Calidad de Agua), Estaciones 
Fluviométricas y Sedimentométricas). Con la información disponible y los criterios 
descritos anteriormente, se propusieron cuencas de interés en la zona central del país, los 
cuales fueron formalizados y discutidos en un Panel de expertos realizado el día 24 de 
octubre del año 2007 para definir las cuencas de estudio (Tabla 1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
24
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
Tabla 1. Criterios de selección de cuencas 
 
Cuenca del Río Choapa 
• Cuenca incluida en el Décimo Programa Priorizado de NSCA (etapa inicial, se debe 
redactar anteproyecto). 
• Se encuentra aproximadamente en un 100% intervenido por la actividad minera. 
• En proyecto, futura construcción de embalses (efecto acumulador de sedimentos). 
• Existe actividad minera activa en ejecución 
• Se cuenta con información de calidad de aguas, fluviométrica y sedimentométrica, DGA. 
Cuenca del Río Aconcagua 
• Proyecto Definitivo de NSCA en elaboración(Dirección Ejecutiva, Dirección Regional) 
• Cuenca con extensas áreas de actividad agrícola, contaminación difusa difícil de evaluar. 
• La primera zona del río está representada por 40 minas, 13 plantas y una fundición que 
produce 144.000 ton/año de cobre fino (Lara y Romo, 2002; MINMIN, 2006) 
(Hormazabal, 2006). 
• Río con altos niveles de metales pesados, especialmente cobre. 
• Cuenca de interés para la Estrategia Nacional de Cuencas, coordinada por CONAMA. 
• Se cuenta con información disponible de calidad de agua, fluviométrica y 
sedimentométrica, DGA. 
• Cuenca con intensa extracción de áridos. El estudio permitiría visualizar en una primera 
instancia la problemática de esta actividad para la cuenca. 
Cuenca del Río Cachapoal 
• Proyecto Definitivo de NSCA en Dirección Ejecutiva para Tramitación. 
• Amplia experiencia del equipo de trabajo en la cuenca. 
• Se contará con la información disponible de la Red de Calidad de Agua, DGA. 
• Actualmente se está trabajando en la subcuenca del río Tinguiririca, lo que permitiría, en 
primera instancia, explicar aportes con información actual de dicho tramo y por otro lado, 
abarcar la cuenca Rapel en su totalidad. 
 
 
En base a estos criterios, la discusión y opinión del panel de expertos, el mandante y la 
consulta efectuada a la contraparte Técnica, las cuencas seleccionadas para el estudio 
fueron la Cuenca del río Choapa, Cuenca del río Aconcagua y Cuenca del río Cachapoal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
25
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
1.2. Criterios para la selección de los sitios de muestreo 
 
Los criterios usados para establecer los tramos a evaluar se indican en la Tabla 2. Se 
complementaron estos criterios para la definición de los tramos con los antecedentes del 
estudio técnico “Diagnóstico y Clasificación de cursos y cuerpos de agua según 
Objetivos de Calidad” (DGA, 2004) (caso cuenca del río Choapa) y de acuerdo a los 
tramos asignados en los Anteproyectos de Norma Secundaria (para las cuencas del río 
Aconcagua y Cachapoal) (Anexo I). Con las áreas de muestreo ya definidas, se ejecutó 
en cada cuenca una primera campaña que sirvió de diagnóstico, cuyo objetivo fué 
georreferenciar las estaciones de muestreo para la ejecución de las campañas de terreno. 
Esto fue realizado para cada tramo definido anteriormente y determinado según las 
características observadas en terreno. Se establecieron seis estaciones de muestreo para 
cada cuenca de estudio, cada estacion es representativa del tramo seleccionado con 
anterioridad. 
 
Tabla 2. Criterios para selección de áreas y estaciones de muestreo 
 
Aspecto Físico Aspecto Químico Aspecto Biológico 
Condiciones hidrodinámicas 
favorecen sedimentación 
(zonas de baja velocidad, 
zonas de aguas muertas, 
zonas de circulación) y/o 
resuspensión (zona de 
mayor velocidad) 
Tipo de sustrato observado, 
información granulométrica 
Presencia de barras y 
parches de material fino. 
Composición material litogénico. 
Tipo de sustrato observado, 
información granulométrica. 
Observación de condiciones que 
favorecen sedimentación 
Actividad productiva especialmente 
minería por su aporte en metales 
pesados. 
Información de uso de suelo 
Cambios de nivel del agua que 
determina épocas de crecidas o de 
estiaje. 
 
Presencia de metales basados en la 
información existente. 
Contaminación orgánica e inorgánica 
detectadas en el río mediante 
monitoreos de calidad de agua. 
Presencia de estación de calidad de 
agua, DGA. 
Tipo de sustrato 
Tamaño de las partículas 
Aporte material alóctono. 
Contaminación orgánica e 
inorgánica detectadas en el 
río mediante monitoreos de 
calidad de agua. 
Nivel del agua que 
determina épocas de 
crecidas o de estiaje. 
Información de la biota. 
Accesibilidad del lugar. 
 
 
 
 
Según la forma de los sistemas fluviales de la zona central, el ritrón corresponde a 
sectores de gran pendiente, con altas velocidades de corrientes, temperaturas bajas y 
estables, y altas concentraciones de oxígeno, lo que favorece la presencia de un gran 
número de especies. El potamón presenta temperaturas más altas, menor concentración 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
26
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
de oxígeno, corriente de tipo laminar. En la parte donde se encuentra el ritrón, se genera 
un gran transporte de sedimentos a través de la cuenca debido a la pendiente en la zona 
alta, y en el sector del potamón ocurre una sedimentación importante en el río debido a 
la disminución de la pendiente. 
 
La Figura 4 muestra las formas de los sistemas fluviales, basados en los dos conceptos 
antes mencionados. 
 
 
 
Figura 4. Transporte de sedimento según zona fluvial 
 
Las campañas de terreno fueron realizadas en tres etapas, una en temporada de alto 
caudal (período primavera octubre/noviembre 2007), otra temporada de bajo caudal 
(período verano enero 2008), y una tercera en bajo caudal (período otoño 2008), esto 
debido a que muchos procesos, como por ejemplo la concentración de metales, es 
fuertemente dependiente del caudal del río. 
 
Se distribuyeron seis sitios de muestreo, a lo largo del río que abarcaron las distintas 
zonas: ritrónica, media y potámica. Las zonas se diferenciaron en sus aspectos 
hidrodinámicos, dinámica química y grado de perturbaciones antrópicas. 
 
 
 
 
Epiritrón 
Medio Ritrón Potamón 
 
> Transporte de 
sedimento 
< Transporte de sedimento; 
> Sedimentación 
Ritrón 
<< Transporte de 
sedimento; 
>> Sedimentación 
 
Km de distancia desde la cordillera
Altura 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
27
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
2. METODOLOGÍA ASPECTO HIDRODINÁMICO 
 
Para determinar los intercambios producidos en la interfaz agua/lecho, es necesario 
estudiar las características hidráulicas y turbulentas que se presentan en los sitios que 
serán estudiados, para evaluar tanto los procesos de intercambio de masa en la interfaz 
sedimento/agua, como los procesos de transporte de sedimento asociados. Con este fin 
resulta también relevante caracterizar la granulometría del lecho y de los sedimentos 
transportados en dichos sitios. 
 
Objetivo General 
 
Determinar las características hidráulicas y la capacidad de transporte de sedimento e 
intercambio de masa en la interfaz sedimento/agua asociadas a los sitios seleccionados 
de los cauces en estudio, con el fin de establecer los aspectos físicos que contribuyen a la 
presencia de metales en las aguas intersticiales y en la columna de agua en dichos sitios. 
 
Objetivos Específicos 
 
- Desarrollar un estudio de terreno en cada uno de los cauces y sitios seleccionados con 
el fin de obtener antecedentes respecto a la granulometría de los sedimentos arrastrados 
por el cauce y sus características topográficas, morfológicas y de rugosidad. 
 
- Determinar a partir de antecedentes de rugosidad, topografía e hidrología de los cauces 
en estudio las características hidráulicas, hidrodinámicas y de turbulencia presentes en 
cada sitio de muestreo. 
 
- Determinar, a partir de estas últimas características: i) la capacidad de transporte y 
resuspensión de sedimentos presentes en el lecho; y ii) la capacidad de intercambio o 
transferenciade masa disuelta entre el lecho y la columna de agua. 
 
 
A continuación se resume la metodología seguida para caracterizar los aspectos físicos 
de los sistemas en estudio. En el Anexo III se presentan las ecuaciones y fórmulas 
utilizadas en los cálculos específicos. 
 
 
2.1. Cálculos Hidráulicos 
 
La caracterización de las condiciones del escurrimiento en cada sitio de muestreo 
contempla la estimación de los siguientes parámetros: 
 
2.1.1. Estimación de la topografía (forma) del lecho en la zona de interés. 
 
La información topográfica se obtuvo principalmente de antecedentes disponibles y 
estudios previos, contemplándose una verificación de terreno de esta información. En 
particular se utilizó la información cuantitativa (dimensiones planimétricas y niveles) 
obtenida de Google Earth. Si bien la precisión obtenida por este medio no es muy alta, 
se considera adecuada para los propósitos de caracterización hidrodinámica que requiere 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
28
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
el presente estudio. En particular se desea determinar propiedades como ancho del 
cauce, sus características morfológicas y la pendiente media del lecho en el tramo. Una 
ventaja del uso de Google Earth, es que permite considerar la variabilidad espacial de 
las características del cauce en el entorno de los sitios de muestreos, proporcionando un 
rango de valores de las características geométricas del cauce. 
 
2.1.2. Estimación de las características friccionales del cauce. 
 
Las características friccionales del cauce se expresan a través del coeficiente de 
Manning. Este se estimó a partir del análisis granulométrico de cada sitio, en conjunto 
con otras características del cauce, como presencia de obstrucciones, vegetación, etc., 
utilizando el Método de Cowan (Chow, 1959). 
 
2.1.3. Estimación de las alturas de escurrimiento para distintas condiciones 
hidrológicas 
 
A partir de la información de caudales disponible para cada sitio, se calcularon las 
alturas de escurrimiento asociadas en la zona correspondiente a cada sitio de estudio 
seleccionado. Se realizaron análisis para distintas condiciones hidrológicas, tanto 
normales como correspondientes a crecidas, obteniéndose un rango de valores de las 
propiedades hidrodinámicas del flujo en cada sitio de muestreo. El cálculo de las alturas 
de escurrimiento se realizó suponiendo que prevalece un escurrimiento uniforme en la 
zona de análisis. 
 
2.1.4. Estimación del esfuerzo de corte de fondo. 
 
Las características físicas del lecho en conjunto con las condiciones de flujo aportan la 
información necesaria para la estimación del esfuerzo de corte de fondo. Este valor, 
expresado en términos del parámetro denominado velocidad de corte y que se obtiene 
directamente de los cálculos hidráulicos, es de gran importancia ya que determina 
directamente la capacidad de arrastre y resuspensión del material del fondo así como de 
la tasa de transferencia de masa disuelta desde los intersticios del lecho hacia la columna 
de agua. Dada la variabilidad morfológica e hidrológica de los sitios analizados, antes 
comentada, este análisis proporciona un rango de valores del esfuerzo y velocidad de 
corte en cada sitio de muestreo. 
 
2.2. Análisis Granulométrico 
 
Dados los objetivos del presente estudio, se considera necesario caracterizar sólo el 
sedimento superficial o coraza del cauce. Es esta coraza la que determina tanto los 
sedimentos gruesos disponibles para ser transportados (Wilcock & Crowe, 2003) como 
el intercambio de sedimentos finos entre la columna de agua y el lecho (Grams & 
Wilcock, 2007). Es en la capa superficial, también donde se produce el intercambio de 
masa disuelta entre el lecho y la columna de agua (Boudreau, 1997). 
 
Para caracterizar la granulometría del lecho en los sitios seleccionados, se realizó una 
calicata de aproximadamente 0,5 m x 0,5 m en superficie y profundidad variable entre 
los 0,2 y 0,3 m. La profundidad de excavación se asocia al espesor de la coraza del 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
29
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
lecho, el cual es semejante al tamaño de los mayores elementos en superficie. Todo el 
material excavado es tamizado a través de un tamiz montado en terreno, cuyo tamaño de 
abertura es de 25,4 mm. Los elementos más gruesos extraídos de la calicata son pesados 
individualmente in situ y las fracciones menos gruesas retenidas en el tamiz son 
clasificadas en grupos de tamaño homogéneo para ser contabilizadas y pesadas en 
conjunto también in situ. De las fracciones que pasan el tamiz, se extrae una muestra 
representativa a través de un procedimiento de cuarteo, registrando el peso del total de 
esta fracción. La muestra rescatada, de tamaño inferior a 25,4 mm, es llevada a 
laboratorio para la determinación de su granulometría la que, dado el pesaje in situ, 
permite determinar la curva granulométrica integral de la coraza. 
 
Adicionalmente, se realiza una caracterización de los sedimentos superficiales mediante 
la utilización de fotografías y escalamiento de ellas. Los elementos de mayor tamaño son 
medidos independientemente, estimando sus dimensiones utilizando una huincha y 
midiendo su peso. Con esta información y la granulometría de la calicata se construye la 
curva granulométrica integral del lecho a ser utilizada en el análisis. 
 
 
2.3. Capacidad de Transporte y Resuspensión 
 
La capacidad de transporte y resuspensión de los sedimentos por parte del flujo se 
estimó mediante la utilización de fórmulas ad hoc a los resultados de la granulometría en 
cada sitio de terreno. Es así como se escogió la forma de análisis tras la obtención de la 
granulometría, descripción del sedimento suspendido y la caracterización de terreno del 
cauce. Algunas formulaciones comúnmente utilizadas en el análisis de transporte, 
corresponden a las planteadas por Parker (1990) o Wilcock & Crowe (2003) para 
sedimento graduado y Meyer-Peter y Muller (1948) o Ackers & White (1973) para 
sedimento uniforme (Niño, 2005). En los casos estudiados se utilizó la metodología de 
Wilcock & Crowe, ya que ella se adapta mejor a la granulometría gruesa y extendida 
característica de los lechos de los cauces en estudio. Para la estimación de la capacidad 
de resuspensión se recurrió a la relación propuesta por Niño et al. (2003). Para la 
utilización de estas fórmulas se requiere contar con la información hidráulica y 
granulométrica del escurrimiento, la cual fue obtenida como se explicó en las secciones 
previas. 
 
2.4. Capacidad de Intercambio (Transferencia de Masa) entre Lecho y Columna de 
Agua 
 
La capacidad de intercambio o transferencia de masa disuelta entre el lecho y la columna 
se determinó a partir de la estimación de un coeficiente de transferencia de masa (Dade, 
1993). Este coeficiente depende de parámetros hidráulicos que caracterizan la 
turbulencia de la columna de agua, como el esfuerzo de corte actuando en el lecho, así 
como también propiedades moleculares como la viscosidad del fluido y el coeficiente de 
difusión molecular de las sustancias a ser transferidas desde el lecho a la columna. Para 
ello se utilizaron fórmulas como las revisadas por Fries (2007) y Hondzo (1998). Este 
coeficiente y las condiciones hidráulicas obtenidas de análisis previos, permiten estimar 
escalas de tiempo asociadas a la transferencia y mezcla de masa en la columna de agua. 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICOQUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
30
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
 
3. METODOLOGÍA ASPECTO QUÍMICO 
 
3.1. Metodología de Aguas superficiales y metales pesados 
 
3.1.1. Muestreo de Aguas Superficiales 
 
Para las tres cuencas de estudio se determinó un mínimo de componentes a muestrear en 
agua superficial, los cuales fueron basados en Guía para el establecimiento de Normas 
Secundarias de Calidad ambiental agua superficial de CONAMA, los cuales se 
mencionan en la Tabla 3. 
 
Las actividades requeridas tales como toma de muestras, preservación y transporte y 
análisis de los diversos parámetros muestreados se efectuaron en base a los protocolos 
establecidos por las Normas Chilenas Oficiales del Instituto Nacional de Normalización 
(INN). A continuación se presenta un detalle de las normas utilizadas para este apartado 
(Tabla 4). 
 
Tabla 3. Monitoreo de calidad de agua superficial. Componentes a evaluar. 
 
Indicadores Físicos y 
Químicos 
Componentes 
Inorgánicos 
Metales totales y 
disueltos 
pH 
Conductividad eléctrica 
Oxigeno Disuelto 
Temperatura 
Potencial redox 
DBO5 
Cationes 
Aniones 
Sólidos disueltos 
Sólidos suspendidos 
Amonio 
Nitrógeno 
Fósforo 
Arsénico 
Alumnio 
Boro 
Cadmio 
Cobre 
Cromo 
Hierro 
Manganeso 
Molibdeno 
Níquel 
Plomo 
Cinc 
 
 
Tabla 4. Normas utilizadas para el muestreo y análisis de agua superficial 
 
Norma Título 
NCh 411/2.Of. 96 Calidad del agua - Muestreo - Parte 2: Guía sobre técnicas de muestreo 
NCh 411/3.Of. 96 Calidad del agua - Muestreo - Parte 3: Guía sobre la preservación y manejo de las muestras 
NCh 411/6.Of. 98 Calidad del agua - Muestreo - Parte 6: Guía para el muestreo de ríos y cursos de agua 
NCh-ISO Of. 
17025 
Requisitos generales para la competencia de laboratorios de 
ensayo y calibración 
 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
31
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
3.1.2. Determinación y/o Análisis de parámetros físicos y químicos en laboratorio. 
 
Tanto el muestreo como el análisis y/o determinación de los distintos parámetros físicos 
y químicos en el agua superficial estuvo a cargo del Laboratorio de Química y 
Referencia Ambiental del Centro Nacional del Medio Ambiente (CENMA), el cual se 
encuentra acreditado según la norma ISO/IEC 17025 otorgada por el Ministerio de 
Desarrollo Sostenible, Medio Ambiente y Parques de Québec, Canadá y por el Instituto 
Nacional de Normalización de Chile, respectivamente. Los métodos de determinación 
y/o analísis utilizados fueron aquellos descritos en APHA (1998) y se detallan a 
continuación: 
 
Tabla 5. Parámetros a evaluar y métodos para la determinación de compuestos y/o elementos 
físicos y químicos en agua superficial 
 
 Parámetro Método análisis y/o determinación 
pH 
Potencial redox (ORP) 
Temperatura 
Potenciométrico. pHmetro/termómetro/ORP de terreno 
marca Hanna modelo Combo 
Conductividad eléctrica Potenciométrico. Conductivimetro marca Hach modelo CO 150 
Físicos y 
Químicos 
in- situ 
Oxigeno Disuelto Oxigenómetro de terreno marca YSI modelo 95/10 
Cationes y aniones 4110 Determination of Anions by Ion Chromatography 
Sólidos disueltos 2540 C Total disolved Solids dried at 180ºC. 
Sólidos suspendidos 2540 D. Total Suspended Solids Dried at 103-105ºC 
Amonio 4110 Determination of Anions by Ion Chromatography 
DBO5 5210 B. 5-Day Test 
Nitrógeno Total Kjeldahl 4500-NH3 F. Phenate Method 
Inorgánicos 
Fósforo Total 4500-P E. Ascorbic Acid Method 
Metales 
totales (t) y 
disueltos (d) 
Arsénico, Alumnio, Boro, 
Cadmio, Cobre, Cromo, Estaño, 
Hierro, Manganeso, Molibdeno, 
Níquel, Plomo y Cinc 
3125 B Inductively couple Plasma/Mass spectrometry 
(ICP/MS) Method 
 
 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
32
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
3.2. Metodología de Sedimentos fluviales y metales pesados 
 
3.2.1. Muestreo de sedimentos fluviales 
 
La forma en que se procedió a tomar las muestras se señalan en la siguiente figura: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5. Esquema de muestreo de sedimentos en las cuencas estudiadas 
 
Para la distribución de los sitios de muestreo, se utilizó el siguiente criterio: 
 
Ritrón: se busca obtener una muestra con la menor intervención antrópica, es decir, una 
muestra que se puede considerar como línea base, que represente la carga litogénica de 
metales en el río, 
 
Curso Medio del río: estos sitios caracterizan los sedimentos y aguas con intervención 
antrópica, los puntos de muestreo estarán relacionadas con las descargas mineras de cada 
una de las cuencas en estudio. 
 
Potamón: en esta zona el proceso de sedimentación es relevante frente al transporte, por 
lo tanto, se puede realizar con mayor facilidad una caracterización de la interfase 
sedimento/agua de la cuenca. 
 
 
3.2.2. Caracterización de Sedimentos 
 
Las muestras de sedimentos recolectadas en las cuencas fueron caracterizadas en sus 
aspectos físicos y químicos y de distribución de especies trazas metálicas (ETM’s). Para 
esto, se analizó en los sedimentos la granulometría, cationes y aniones solubles, materia 
orgánica, pH, conductividad eléctrica, silicatos y metales. 
 
3.2.2.1. Tratamiento de las muestras 
 
- Secado de muestras 
 
Hay diversidad de criterios para fijar una temperatura de secado de los sedimentos. 
Algunos investigadores como Crecelius et al., (1975) y Welz & Meicher (1978) no 
Muestreo en cuenca 
 
6 sitios 
de 
muestreo 
por 
cuenca 
sitio en Ritrón
 sitios en curso medio 
sitios en Potamón
Zonas de 
meandros 
 
 
 
 
 
 
3 puntos de 
muestra por sitio, 
muestras tomadas 
con pala según 
protocolo EPA 
 
 
 
 
 
 
ACCIÓN DE APOYO: “ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN FÍSICO QUÍMICA DE LOS SEDIMENTOS FLUVIALES Y SU RELACIÓN CON LA 
DISPONIBILIDAD DE METALES EN AGUA”; INFORME FINAL: INTRODUCCIÓN - METODOLOGÍA. 
 
33
GOBIERNO DE CHILE 
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS 
DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS 
DPTO. DE CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE REC. HÍDRICOS 
encuentran pérdidas de mercurio a 60°C de temperatura, aunque no hay un acuerdo 
general, si hay pérdidas de metales volátiles a temperaturas moderadas entre 50-60 °C, 
dependiendo de la naturaleza del sedimento, en consecuencia del tipo de enlaces que se 
forman (elemental, iónico, órgano metálico, etc.). Por otro lado, hay autores que realizan 
el secado a temperaturas inferiores a 50°C (Belkin y Sparck, 1993). 
 
En este estudio todas las muestras de sedimentos fueron colocadas en bandejas de 
polietileno a temperaturas inferiores a 40 ºC (seco al aire), en proporciones necesarias 
para realizar los análisis en el laboratorio. 
 
- Tamizado de sedimentos 
 
La determinación del contenido de metales pesados no se realiza en los sedimentos 
totales, sino en su fracción de tamaño inferior a 63 µm, la cual incluye arcillas (<2 µm) y 
limos (2-63 μm). Según estudios de diversos autores, en esta fracción se concentra 
prácticamente la totalidad de la materia orgánica y de los metales pesados (Förstner & 
Salomons, 1980; Förstner & Wittmann, 1981; Sakai et al., 1986). Los sedimentos se 
pasan a través de un tamiz de teflón de 63 µm de luz de malla, al mismo tiempo 
conseguimos la homogenización del material a estudiar (Förstner & Salomons, 1980; 
Salomons & Förstner, 1984; Horowitz & Elrick, 1987; Calmano et al., 1996; Monhen,