Memoria para optar al título de Geólogo / El presente trabajo corresponde al estudio hidrogeológico realizado en la cuenca del lago Villarrica, en la región de La Araucanía, durante el año 2018, en el marco del desarrollo de los antecedentes técnicos para el plan de descontaminación de dicho lago. Este plan se inicia debido a los crecientes problemas de eutrofización que este lago presenta, debido al exceso de nutrientes. Esto se expresa en proliferaciones algales, que disminuyen la calidad de las aguas y traen problemas estéticos al lago y posiblemente de salud. Las proliferaciones algales no dependen sólo de los aportes de nutrientes, sino que factores climáticos también tienen una alta influencia. Sin embargo, la dependencia de los organismos del fósforo podría ayudar a determinar a este elemento como limitante para el crecimiento de las algas. El trabajo se basa en el análisis de 35 muestras de agua, 24 superficiales y 11 subterráneas, para comprender los procesos fisicoquímicos de los recursos hídricos que alimentan al lago Villarrica. Los resultados muestran aguas bicarbonatadas de buena calidad, tanto para consumo como para riego, debido a su baja mineralización, evidenciada en la concentración de sólidos disueltos (92 mg/L en promedio), la baja conductividad (80 µS/cm en promedio) y un pH cercano a neutro, variando entre 6.22 y 8.92. La química de las aguas es bastante homogénea, ya que todas son bicarbonatadas mixtas. Esto junto a la alta transmisividad de la zona (963 m2/día en promedio) permite inferir que las aguas superficiales y subterráneas están estrechamente relacionadas, y que los tiempos de residencia de las aguas en la cuenca probablemente sean cortos. Se requieren más estudios aún, pero en base a las estimaciones de aportes de fosfato y nitrato de este trabajo hay una posibilidad de que los aportes a través de aguas subterráneas sean significativos. Los resultados del análisis de componentes principales de las muestras indican que hay tres principales grupos: el primero relacionado a la interacción roca-agua, el segundo con el material volcánico de la zona, y el tercero con los aportes de nitrato. Se requieren más análisis, principalmente isotópicos, que puedan indicar con mayor seguridad las fuentes de los aportes de nutrientes.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química. Ingeniera Civil Química / La contaminación de las aguas ha sido un problema de gran interés en la comunidad científica y política, tanto por afecciones a la salud humana, como por el impacto negativo en el medio ambiente. En Chile existen casos de contaminación de cuerpos de agua superficiales por altos niveles de nutrientes que llevan a la eutrofización de las aguas; uno de ellos es el lago Villarrica, ubicado en la Región de la Araucanía. El objetivo principal de este trabajo es realizar una simulación hidrodinámica y de calidad de aguas para el lago Villarrica, de manera de aportar, desde los modelos matemáticos, un sustento para la elaboración del Plan de Descontaminación del lago Villarrica. Se identificaron las fuentes de contaminación de origen antrópico que aportan nutrientes -nitrógeno (N) y fósforo (P)- al lago, determinándose que las principales son: RILes de pisciculturas, Planta de Tratamiento de Pucón, aguas domésticas residuales de Curarrehue, fosas sépticas de la ribera sur del lago y uso de fertilizantes en suelos de la cuenca. De éstas, las que entregan un mayor flujo másico de nutrientes al lago, son las pisciculturas. Se realizó una simulación hidrodinámica del lago Villarrica mediante el software Delft 3D, que permite resolver las ecuaciones de transporte de momentum, masa y calor, obteniendo el campo de velocidades y la temperatura asociada a las condiciones meteorológicas. Luego, se ejecutó una simulación de calidad de aguas, que considera las principales reacciones de los ciclos de N y P, para determinar la concentración de los nutrientes asociados a la eutrofización: amonio, nitrato y ortofosfato en diferentes zonas del lago. Se obtuvieron concentraciones menores a los datos tomados en el lago en el caso del amonio y ortofosfato, y mayores en el caso del nitrato, pero con distribuciones espaciales esperadas. Las medidas que compondrían el plan fueron evaluadas desde los puntos de vista: ambiental, gracias al modelo de calidad de aguas; técnico, mediante el estudio de factibilidad; y económico, comparando los costos de implementación entre ellas. Simulando las medidas en el modelo, se obtuvo que la más eficiente en la remoción de contaminantes es la reducción del flujo másico de RILes de pisciculturas (reduciendo en un 97% la concentración de amonio y en un 7% de ortofosfato). Posteriormente, se realizó un análisis multicriterio incluyendo los aspectos técnico y económico, logrando jerarquizar las medidas y concluyendo que las más efectivas bajo estos tres criterios son la restauración de vegetación ripariana y la reducción del flujo másico de RILes de piscicultura. Mediante este trabajo, se logró una primera etapa en el desarrollo de un modelo de calidad de aguas para el lago Villarrica en el contexto del Plan de Descontaminación, aportando al fortalecimiento de toma de decisiones de las políticas públicas desde una base científica.

Ingeniero Civil / El lago Villarrica, durante las últimas décadas ha sufrido un acelerado aumento de nivel trófico, pasando de oligotrófico a mesotrófico. El aumento de las actividades productivas en la cuenca ha significado el incremento de los nutrientes que ingresan al lago, lo cual, en conjunto con la legislación actual, han permitido alcanzar el estado en el que se encuentra hoy en día. En este contexto, el objetivo principal de este trabajo es aportar al debate y analizar nuevas opciones de regulación, de tal manera que las metas de calidad ambiental estipuladas en la norma secundaria del lago Villarrica no sean sobrepasadas. Para esto se realizó una revisión bibliográfica sobre casos similares a la cuenca del lago Villarrica, en donde se han utilizado instrumentos económicos, incluidos en un plan de descontaminación. Para el análisis, fue necesario elaborar un modelo sencillo de calidad del agua del lago, el cual relaciona las emisiones de nutrientes con las concentraciones que se encontrarían en el lago. A partir de este modelo, con el fin de acoplar los resultados a un modelo de optimización, se derivó una función impulso-respuesta. Se analizan tres sistemas de regulación que permitirían el cumplimiento de la norma secundaria. Dos corresponden a esquemas en comando y control: Reducción homogénea y descarga máxima. El tercer sistema corresponde al basado en instrumentos económicos, el cual es modelado mediante un problema de optimización de minimización de costos. Finalmente, se entrega una serie de recomendaciones para el diseño de instrumentos económicos, basadas en la experiencia internacional y los resultados de este trabajo. Como resultados de este estudio, se cuenta con las curvas de costo de las diferentes opciones de regulación a descargas puntuales estudiadas, en función del porcentaje de tratamiento de contaminación difusa. Se realiza un análisis comparativo de estas en términos de costos y emisiones. Finalmente, se presenta la solución óptima en términos de costos totales para toda la cuenca.

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