CARACTERIZACIÓN LIMNOLÓGICA DEL EMBALSE RÍO GRANDE II

CARACTERIZACIÓN LIMNOLÓGICA DEL EMBALSE RIOGRANDE II (ANTIOQUIA, COLOMBIA)

 

LYMNOLOGICAL CHARACTERIZATION OF RIOGRANDE II RESERVOIR (ANTIOQUIA, COLOMBIA)

 

David Mazo-B. 1, John J. Ramírez-R.2, Abel Díaz-C.3

 

Resumen

Se caracterizó desde un punto de vista físico y químico el embalse Riogrande II. Para ello se midieron dos variables climatológicas (velocidad y dirección del viento y pluviosidad), cuatro físicas (temperatura del agua, intensidad lumínica, turbidez y sólidos suspendidos) y seis químicas (alcalinidad, pH, conductividad, sólidos disueltos, concentración de oxígeno y CO2). Dicho proceso se realizó en cinco estaciones, dos de las cuales se situaron en la zona lótica y las demás en la lenítica. El tiempo de muestreo fue de un año. Entre las estaciones hubo una diferencia significativa: la estación río Chico Arriba, ubicada en la zona lótica, por presentar un alto grado de materiales en suspensión y altos valores para todos los descriptores medidos, fue diferente a las otras. En el eje gravedad-luz el embalse estuvo estratificado todo el tiempo de muestreo y en todas las estaciones presentó un hipolimnio anóxico durante todo el año de muestreo. El embalse se clasifica como atelomíctico.

Palabras clave: limnología, embalse tropical, Colombia, caracterización física y química

 

Abstract

It is characterized from a physical point of view and chemical Riogrande II reservoir. To do this were measured two climatic variables (wind speed and direction, and rainfall), four physical (water temperature, light intensity, turbidity and suspended solids) and six chemical (alkalinity, pH, conductivity, dissolved solids, concentration of oxygen and CO2). This process was carried out at five sampling stations, two of which were in the lotic zone and the others in the lentic one. The sampling time was a year. Between sampling stations there was a significant difference: the río Chico Arriba station, located in the lotic zone, due to a high degree of material in suspension and high values for all of the descriptors measured, was different to the others. In the gravity-light axis the reservoir was stratified all the sampling time and in all sampling points it showed an anoxic hipolimnio during the entire sampling year. The reservoir is classified as atelomictic.

Key words: limnology, tropical reservoir, Colombia, physical and chemical characterization

 

INTRODUCCIÓN

Los embalses se definen como puntos en la red hidrográfica donde el agua es retenida momentáneamente formando una masa de agua relativamente profunda. Son considerados como híbridos entre ríos y lagos debido a que la zona lótica de los embalses, al estar en contacto directo con sus afluentes, tiene mayor flujo y menor profundidad en comparación con la zona de la presa. Esta última zona se asemeja más a un lago por tener mayor profundidad y menor flujo respecto al volumen embalsado, alta transparencia y junto con ella incremento de la producción fitoplanctónica (Margalef 1983, Márquez y Guillot 2001, Ramírez y Roldán 2008). Cuando los tiempos de residencia son bajos los embalses se tornan similares a un río y la calidad del agua del embalse puede determinarse primariamente por la del agua entrante. Cuando dichos tiempos son altos, los embalses guardan mayor semejanza con un lago y desarrollan una organización en un eje vertical determinado por la entrada de la luz y la energía (Margalef, 1983, Ramírez y Roldán, 2008); la calidad del agua en este caso varía significativamente en el eje vertical dependiendo de las entradas o de la actividad biológica (Fischer et al. 1979).

Los embalses son construidos generalmente al almacenar agua que luego será liberada para controlar crecidas, para la generación energética, para usos agrícolas, industriales y domésticos, pero también pueden ser usados para controlar la temperatura del agua que sale y, algunas veces, la turbidez, la salinidad, y otros parámetros de calidad del agua (Fischer et al. 1979). Debido a que el agua de los embalses puede tener múltiples usos esta es monitoreada continuamente con el fin de garantizar su calidad y minimizar el impacto ecológico debido a los cambios físicos, químicos y biológicos que pueden producir represamiento de agua en un punto de una red lotica.

El embalse Riogrande II produce energía y agua para el consumo de los habitantes del área metropolitana del valle de Aburrá (Antioquia, Colombia); está entre los 25 embalses más importantes del país (Empresas Públicas de Medellín 1989, Roldán y Ramírez 2008). Este sistema de agua, debido a su carácter abierto, interacciona fuertemente con su cuenca y recibe de ella aportes continuos de nutrientes por parte de los vertidos de agua residual de los municipios de la zona de influencia (Salazar y Penagos 2005) o a partir del exceso de fertilizantes usados en la agricultura y la ganadería extensiva en zonas aledañas lejos de los cascos urbanos (Empresas Públicas de Medellín 1984). Las anteriores características sumadas a factores morfométricos (área, profundidad, volumen), de altitud, tiempo de residencia media y condiciones climáticas permiten distinguir este cuerpo de agua de los demás de su clase.

Aunque se han realizado mediciones de la magnitud de algunas variables físicas y químicas en los afluentes (Empresas Públicas de Medellín 1984, 1989) y dentro del mismo embalse (Salazar y Penagos 2005, Estrada 2007, Loaiza et al. 2011, Bustamante et al. 2012), no se ha hecho aún una descripción ni un análisis detallado de estas variables lo cual constituye el problema de la presente investigación. Lo anterior nos conduce a preguntar: 1) ¿Cuál es la dinámica horizontal de las variables climatológicas, físicas y químicas en el embalse Riogrande II? Se hipotetiza que si la magnitud de la variabilidad es alta se presentan coeficientes de variación altos y diferencias estadísticamente significativas horizontalmente para todos los descriptores físicos y químicos evaluados. 2) ¿Influyen la diferencia de profundidad y los aportes alóctonos en dicha dinámica? La hipótesis establece que si los cambios en la profundidad y los aportes alóctonos influyen grandemente en la dinámica horizontal de las variables estudiadas, entonces las estaciones cercanas a los afluentes tienen un comportamiento similar entre sí y muy distinto al de las demás. 3) ¿Cómo es el comportamiento vertical de la temperatura, el oxígeno y el dióxido de carbono? Hipotetizamos que si el comportamiento vertical de la temperatura, el oxígeno y el dióxido de carbono no es igual en todas las estaciones por la mezcla que presentan las que se encuentran en las colas del embalse entonces estas estaciones son uniformes en el eje gravedad luz y las otras no.

 

MATERIALES Y METODOS

Área de estudio. El embalse Riogrande II se encuentra localizado en la parte central del departamento de Antioquia (Colombia), en la cuenca del río Grande, situada al norte de la ciudad de Medellín (6º 35’ 57’’ y 6º 28’ 79’’ N y los 75o 32’ 17’’ y 75º 25’ 85’’ O) (Fig. 1a). Las temperaturas de la zona del embalse oscilan entre los 14oC y los 18oC. Existen en ella dos períodos lluviosos, uno entre Abril y Junio y otro entre Septiembre y Noviembre, determinados principalmente por el desplazamiento de la Zona de Convergencia Intertropical. Las épocas de lluvias bajas van de Diciembre a Marzo y de Julio a Agosto, siendo la primera más menos lluviosa que la segunda. Los mayores valores de humedad se reportan entre Octubre y Noviembre con promedios cercanos al 83%.

La presa del embalse está ubicada a 1 km de la estructura en tierra y es la que presenta las mayores profundidades (35 a 40 m). Esta estructura crea el embalse que almacena 253 millones de m3 de agua e inunda 1.100 ha de los municipios de San Pedro de los Milagros, Santa Rosa de Osos, Entrerríos, Donmatías y Belmira. La torre de captación se localiza en un brazo del embalse que sube por la cuenca de la quebrada Las Ánimas (Franco et al. 2010).

Sus aguas, aunque altamente turbias, poseen excelente calidad química (sólidos disueltos máx18 mg.L-1). Son aguas muy blandas (5 mg CaCO3.L-1), con altas concentraciones de hierro (Porras-Zapata et al. 1997). Según Straškraba (1999), su tiempo medio de retención de 72,8 días lo categoriza como un embalse de la clase B o embalse de retención intermedia.

Durante el periodo de muestreo el embalse presentó valores medios a altos de clorofila a activa, fósforo soluble reactivo y nitratos; y bajos del coeficiente de atenuación y la transparencia, así como perfiles verticales de conductividad y de CO2 total con incrementos hacia el fondo, y disminuciones de pH y oxígeno hacia esta profundidad en las cinco estaciones muestreadas (Mazo 2008).

Franco Velásquez (2011) determinó que el caudal del río Grande es, en promedio, tres veces mayor al del río Chico; por ello, al entrar al cuerpo de agua el río Grande reparte su volumen entre el brazo del río Chico y el de la quebrada Las Ánimas y se interna en el río Chico hasta localizarse a 4 km de la cola de este río, aumentando su tiempo de residencia. Sobre el brazo de la quebrada Las Ánimas, el río Grande viaja directamente hasta la torre de captación a nivel de la compuerta superior. Por su parte, el río Chico ingresa al embalse como una corriente de fondo difícil de rastrear pues se mezcla rápidamente con el agua del embalse. En las proximidades de la torre de captación, dicha pluma se direcciona hacia la compuerta inferior debido al caudal extraído para generación de energía en la central Tasajera.

El embalse permanece estratificado a lo largo del año. Las variaciones de temperatura en el ciclo anual en la capa superficial oscilan entre 19,5 – 23,7°C (media: 21,6 ± 1,35°C). Esta capa superficial presenta variaciones en el espesor que están entre 3,0 – 6,0 m de profundidad. La zona del hipolimnio se caracteriza por presentar pocas variaciones a lo largo del año y su temperatura oscila entre los 17,4 – 18,2°C (media: 17,4 ± 0,92). Esta estructura térmica está fuertemente asociada a la dinámica de la corriente de densidad de río Grande que entra al cuerpo de agua como una corriente intrusiva a una profundidad de 5 - 10 m, modificando el decaimiento exponencial de la temperatura en la columna de agua (Franco Velásquez 2011).

Para probar las hipótesis planteadas se ubicaron cinco estaciones de muestreo que comprenden la mayor cobertura del embalse y la influencia de los tres afluentes más importantes de este: río Grande, río Chico y Quebrada Las Ánimas (Fig 1b).

Estación 1 (Presa): Se encuentra a 1 km de la estructura en tierra y presenta las mayores profundidades del embalse, con un promedio de 35 a 40 m, de tal forma que permite caracterizar la zona lacustre del embalse.

Estación 2 (río Grande abajo): Se ubica en el límite de entrada hacia el represamiento del río Grande representando una zona transicional del embalse. Su profundidad varía entre 30 y 35 m. Dado que aguas arriba el río Grande presenta bajas profundidades en época de estiaje se obvió la necesidad de establecer una estación ya que la probabilidad de mantener un buen nivel de agua en el año de muestreo es baja. Este río recibe aportes de los municipios de Santa Rosa de Osos y Entrerríos.

Estaciones 3 y 4 (río Chico abajo y río Chico arriba): Se localizan en el límite de entrada del río hacia su represamiento y en la parte alta del mismo. Presenta una profundidad promedio entre 25 y 30 m. La estación 3 representa una zona transicional del embalse, luego de la entrada del río Chico al sistema. El río Chico recibe aportes de los municipios de Belmira y San Pedro.

Estación 5 (Ánimas): Se halla a 1 km de la torre de captación en la entrada de la quebrada Las Ánimas la cual es la que menor caudal aporta al embalse. Es la estación con menor profundidad la cual oscila entre 12 y 15 m. Esta quebrada, situada al suroriente del embalse, recibe aportes de los municipios de Don Matías y Girardota.

 

Diseño muestral y de datos derivados. Esta investigación utiliza una base de datos obtenida previamente entre los meses de Agosto del 2002 y Julio de 2003 en las cinco estaciones ya descritas en cada una de las cuales se realizaron tres muestreos por mes (a excepción de Noviembre donde se tomaron dos). Los descriptores muestreados, los instrumentos y los métodos de medida correspondientes se describen a continuación.

Variables climatológicas y físicas: Se consideraron pluviosidad (Sección de hidrometría, Empresas Públicas de Medellín), velocidad y dirección del viento (Anemómetro y veleta de tela), turbidez (turbidímetro), atenuación de la radiación superficial incidente (Datalogger Licor con censor esférico), temperatura (termistor-Oximetro YSI), Sólidos suspendidos totales (SS) (análisis gravimétrico)

 Variables Químicas: Fueron muestreados sólidos disueltos (SD) (análisis gravimétrico), oxígeno disuelto (termistor- Oxímetro YSI), conductividad eléctrica (conductímetro WTW), pH (Peachímetro), alcalinidad (Disminución de pH con H2SO4 0,01N hasta 4,32), y dióxido de carbono libre (Mackereth et al. 1978).

Para efectos de realizar perfiles de temperatura y oxígeno en la columna de agua de cada estación de muestreó, en los diez primeros metros de profundidad las mediciones se llevaron a cabo a cada 0,25 m; a partir de allí se realizaron a cada metro hasta el fondo. Las muestras de agua para turbidez, conductividad, CO2, alcalinidad y pH fueron recogidas con una botella tipo Schindler de 5 litros de capacidad a cada 5 metros en las tres estaciones más profundas y a cada 2,5 metros en las restantes.

Para determinar la estructura hidrodinámica de la columna de agua en cada estación se calculó su estabilidad térmica por medio de los números I (Spigel et. al. 1986) y W (Imberger 1985a) los cuales indican la variación en el patrón de mezcla en diferentes estratos (epilimnio y metalimnio). Para calcular el valor de estos números se usó el programa Lake Calculador de Imberger (1985a) el cual usa los valores de temperatura, radiación superficial incidente, profundidad de la columna de agua, temperatura de la termoclina, velocidad del viento y las variables morfométricas área, profundidad del embalse. La profundidad de la zona de mezcla se definió utilizando el criterio de Levitus (1982) el cual estipula que la profundidad de dicha zona llega hasta donde existe una diferencia de 0,5° C con la temperatura de la superficie.

Análisis estadístico. A todos los datos se les aplicó análisis descriptivo utilizando para ello estadísticos de tendencia central (media aritmética muestral, m) y dispersión absoluta y relativa (desviación estándar, S; y coeficiente de variación de Pearson, CV). Para evaluar la existencia de las diferencias entre la magnitud de los valores de cada una de las variables entre estaciones y tiempos de muestreo se realizo un análisis de varianza (ANOVA) de dos vías (estación y tiempo de muestreo) correspondiente a un diseño de bloques (en el que el tiempo fue asumido como la variable de bloqueo) con interacción entre meses y estaciones. Para ello se asumieron como replicas al número de muestreos por mes. Para la turbidez, conductividad, alcalinidad y pH, las profundidades no fueron tomadas en cuenta directamente dentro del análisis como un factor de bloqueo debido a que la profundidad de la columna de agua en todas las estaciones varió entre muestreos; por tanto, se integraron los datos de la columna para cada una de las variables de tal forma que el ANOVA muestra la variación media de los valores de cada uno de los descriptores entre estaciones. Los programas usados para realizar los análisis estadísticos fueron STATISTICA 5,0 y STATGRAPHICS plus 5,1. A cada grupo de datos se le realizó una prueba de esfericidad con el fin de establecer su grado de normalidad. En el caso de existir esfericidad (α < 0,05) se realizó un análisis univariado, en caso contrario (α > 0,05) se efectuó un multivariado. Para efectos de obtener mayor rigurosidad en la significancia estadística cuando se llevó a cabo el análisis univariado se hizo una corrección adicional a los datos, la de Huynh Feldt, y para el caso del multivariado se realizó la de Pillai-Bartlett Trace. En los casos en los que existieron diferencias significativas se realizaron comparaciones múltiples (CM). Para el caso de la conductividad, el pH, la turbidez, la alcalinidad y los sólidos, las CM se aplicaron usando la prueba de Newman-Keuls; en los demás se usó la prueba LSD (Least Square Difference).

RESULTADOS

Variación horizontal.

Alcalinidad. Los valores para esta variable oscilaron entre 13 y 18 mgCaCO3.L-1 para todas las estaciones a lo largo del año de muestreo; según Kevern (1989) estos valores son muy bajos. Se dieron diferencias significativas entre estaciones (a < 0,001) y meses (a < 0001). La comparación de medias (CM) para las estaciones formó dos grupos, el primero constituido por la estación río Chico Arriba en la cual se alcanzaron los valores más altos en todos los meses, el segundo grupo lo conformaron las demás estaciones. La CM entre meses estableció cuatro grupos (Figura 2a.).

Turbidez. Presentó diferencias significativas entre estaciones (a < 0,001) y meses (a < 0,001); la diferencia la marcó la interacción (a < 0,001) entre las estaciones río Grande Abajo y río Chico Arriba que formaron un grupo donde la turbidez fluctuó en los meses de febrero y abril con tendencias opuestas; las otras estaciones formaron otro grupo. La CM entre meses para dicho descriptor formó tres grupos (Figura 2b). Según la escala de Birton (1983) las aguas de las estaciones río Grande Abajo y río Chico Arriba se consideran turbias (entre 50 - 80 NTU); las demás son semiturbias todo el año (entre 10 - 50 NTU).

pH. Exhibió diferencias significativas entre meses (a < 0,001) y estaciones (a < 0,001) tendiendo hacia la basicidad en todas las estaciones tomando valores desde 6,90 hasta 9,75. La CM para esta variable determinó dos grupos: las estaciones Ánimas y río Chico Arriba formaron uno de ellos mostrando interacción (a < 0,001) entre ellas; y las estaciones Presa, río Grande Abajo y río Chico Abajo constituyeron el otro grupo. La CM entre meses mostró cinco grupos (Figura 2c).

Conductividad. Varió significativamente entre estaciones (a < 0,001) y meses (a < 0,001) con valores que oscilaron entre 26 y 52 μS.cm-1 para todo el año siendo las aguas del embalse blandas. La CM determinó dos grupos conformados por la estación río Chico Arriba, que tiene los valores más altos, y las demás estaciones que mostraron los más bajos valores. La CM entre meses formaron cinco grupos (Figura 2d).

Sólidos en el agua. Los SS variaron significativamente entre estaciones (a < 0,001) y meses (a < 0,001) mostrando una interacción débil (a = 0,023) la cual se evidenció en el grupo que integraron las estaciones 4 y 5 en los meses de febrero, marzo, abril y mayo; las estaciones 1, 2, y 3 formaron el otro grupo. La CM para meses conformó dos grupos (Figura 3a). Los SD sólo exhibieron diferencias significativas entre meses (a = 0.003) marcadas por tres grupos de meses donde enero y junio alcanzaron los valores más bajos, julio los intermedios y el resto de meses los más altos (figura 3b).

Extinción de la luz. Para los coeficientes de extinción de la luz (K) se hallaron diferencias significativas entre estaciones (a < 0,001) y meses (a < 0,001). Dichas diferencias se debieron a que en la estación río Chico Arriba se extinguió mayor cantidad de luz que en las demás estaciones en los meses de febrero, marzo, abril y mayo; esto se puede observar con más detalle en la CM para estaciones y meses (Fig. 4)

Velocidad y dirección del viento. Para todas las estaciones, la velocidad del viento fue en promedio poco variable en el tiempo (CV = 0,24), en particular, las estaciones río Chico Arriba y Ánimas que presentaron la menor variabilidad (CV = 0,20). Los meses en los cuales se presentaron las velocidades más bajas fueron principios de agosto, mediados de septiembre, octubre y mayo. No obstante, no se evidenció tendencia alguna hacia el aumento o la disminución de la magnitud de la velocidad en el tiempo para las estaciones río Grande Abajo, río Chico Abajo, río Chico arriba y Ánimas (Fig. 5). En general el viento mostró una velocidad cambiante a lo largo del año en todas las estaciones. La única estación que presentó alguna tendencia fue la Presa, en la cual, por medio de una regresión lineal se estableció que hay un aumento de la velocidad en el tiempo (pendiente m = 0.09; R2 = 0,58) con respecto a las demás estaciones (pendiente m < 0,000). La dirección predominante para las estaciones Presa, río Grande Abajo y río Chico Abajo en la mayoría de los meses de muestreo fue Nor-oeste (lo típico para el embalse según lo reportado por Empresas Públicas de Medellín) a excepción de la estación río Chico Arriba donde la dirección predominante fue sur-oeste y la estación Ánimas donde las trayectorias del viento fueron muy cambiantes a lo largo del año y no mostraron una tendencia definida (Fig. 5). Las direcciones del viento no corresponden a cabalidad con la dirección del fetch efectivo para las estaciones del embalse ya que éste se encuentra en la dirección oeste-este (en el eje del la entrada del principal afluente, el río Grande) determinando que la fuerza del viento tiene mayor importancia para la estación río Chico Arriba; por ello, esta estación presento la dirección más cercana al fetch efectivo.

Pluviosidad. El régimen de pluviosidad varió mucho en el año de muestreo (CV = 184,28%). Se caracterizó por un largo periodo de sequía (finales de diciembre, todo enero y comienzos de febrero) y dos marcados de invierno (con picos en octubre y junio) (Fig. 6) para un total de precipitación anual de 1324,20 mm. No obstante dentro de estos grandes lapsos se presentaron variaciones diarias en la pluviosidad que fluctuaron en frecuencia y magnitud debido a que de los 1324,20 mm de lluvia el 35% de corresponde a la primera temporada, mientras que la segunda temporada cuenta con el 65% de la precipitación total. Además de los 215 días en los que se dieron lluvias el 40% se ubicaron en la primera temporada y el 60% en la segunda.

Variación vertical.

Estabilidad térmica. La profundidad de la capa de mezcla presentó el valor promedio más alto todo el año en la estación Presa y el más bajo en Ánimas y altos coeficientes de variación en todas las estaciones (Tabla 1). La profundidad de mezcla disminuyó en la temporada seca en las estaciones Presa y río Grande, en las demás estaciones no hubo coincidencia con la variación de la pluviosidad (Fig. 7).

Para los números I y W se obtuvieron pocos datos ya que éstos sólo se pueden obtener cuando se presenta en el perfil de temperatura una termoclina diurna, la cual no se obtuvo muy a menudo; no obstante los pocos datos obtenidos mostraron que el número I siempre tuvo valores por debajo del valor critico (I < 0,2). Con W se lograron siempre valores por debajo del valor critico (w < 1) tal y como se puede observar en la figura 8.

Déficit de oxígeno. Los valores de oxígeno tuvieron en promedio muy altos coeficientes de variación (CV = 128,34%) en el eje gravedad luz en todos los meses de muestreo en todas las estaciones. En general en todos los muestreos hubo un notable déficit de oxígeno desde la superficie en todas las estaciones excepto en la estación Chico Arriba ya que en los primeros metros de profundidad se dio producción de oxígeno. El comportamiento del déficit de oxígeno en cada estación se ejemplifica en la figura 9, dichos perfiles son un ejemplo de lo que sucedió a lo largo del año de muestreo en las estaciones. Hubo un punto en la columna de agua donde el déficit aumento abruptamente contrastando la superficie con el fondo.

Dióxido de carbono libre. Presentó altos coeficientes de variación (CV = 52,70%) en el eje gravedad luz a lo largo de todo el año en todas las estaciones de muestreo y sus concentraciones más altas se encontraron en la zona hipolimnética a de las estaciones de Presa, río Grande y Chico Abajo, y la concentraciones más bajas en la zona hipolimnética de la estación Ánimas (Fig. 10).

 

DISCUSIÓN

Variación horizontal. La conductividad y la alcalinidad variaron de forma similar alcanzando los valores más altos en la estación río Chico Arriba debido a que esta se encuentra en la entrada de un afluente cuya cuenca recibe gran cantidad de materiales de desecho producto de las actividades agropecuarias e industriales que se desarrollan en la zona del casco urbano y aledañas de la cuenca del río Chico. No obstante dado que las entradas de los tributarios suelen tener cargas abundantes de materiales provenientes de la cuenca que elevan la cantidad de sólidos disueltos y en suspensión, se esperaría que la estación Ánimas también tuviese conductividades y alcalinidades igualmente altas, lo cual no sucedió. Esto confirma lo dicho con respecto a la contaminación antrópica ya que la quebrada Ánimas es un afluente de primer orden que al no tener ningún tributario recibe menor cantidad de aportes que el río Chico, el cual es un afluente de tercer orden. Los meses en los que se obtuvieron los valores más bajos de conductividad y alcalinidad fueron noviembre, junio y julio lo que se debió a que los picos más bajos de pluviosidad se dan en estos meses por lo que disminuye la cantidad de aportes de los materiales causantes, en parte, de la conducción de iones en el agua y del efecto tamponador. Algo similar sucedió en el embalse de Sau en donde Armengol et al. (1999) reportaron resultados similares, atribuyendo dichas variaciones espaciales a la entrada de un afluente (El Ter) el cual incrementaba los valores de conductividad y alcalinidad por la entrada de materiales producto de la lixiviación, pero principalmente de la contaminación antrópica. Los cambios de estas dos variables en el tiempo se atribuyeron en Sau a las variaciones en la pluviosidad y en la velocidad del viento, los cuales inducían los periodos de estratificación y mezcla. Para el caso de Riogrande II consideramos que solamente los cambios en la pluviosidad fueron los que mejor explicaron las variaciones en la conductividad y la alcalinidad. Para el caso de la turbidez solo se observaron diferencias marcadas en tiempo en las estaciones río Grande Abajo y río Chico Arriba en los meses de febrero y abril respectivamente alcanzando valores muy altos con respecto a las demás estaciones (Fig. 2b). En ambas estaciones tales picos se debieron a la descarga de sólidos provenientes del río Chico y del río Grande. La estación río Grande Abajo se vio fuertemente afectada a comienzos de la segunda temporada lluviosa (la más fuerte) debido a que a pesar de estar tan alejada de la entrada del afluente alcanzaba a ser influenciada por éste. Una de las posibles razones por las cuales esto ocurrió es que el río Grande es el cauce principal que alimenta el embalse y, por tanto, es el que recibe mayor cantidad de materiales alóctonos en comparación al río Chico y la quebrada Ánimas. Por otro lado, la causa por la que se presentó primero el pico de turbidez en la estación río Chico arriba y luego en río Grande Abajo fue la intensidad de la pluviosidad ya que las precipitaciones que empezaron a mediados de febrero fueron débiles y aumentaron gradualmente a tal punto que su influencia afectó la turbidez en la estación río Chico Abajo en abril, pero no a la estación río Chico Arriba puesto que ya se habían arrastrado gran cantidad de materiales al principio de las lluvias. Uribe y Roldán (1975), Ramírez y Machado (1982), Armengol et al. (1999), Vargas y Ramírez (2002), Tundisi y Tundisi (2008) y Esteves (2011) concuerdan con los resultados hallados en la medida en que la variación de la pluviosidad y la cercanía de los puntos de muestreo con los afluentes determinan la turbidez del agua.

El pH mostró valores altos todo el año de muestreo para las estaciones río Chico Arriba y Ánimas debido a que éstas fueron las que presentaron las más bajas profundidades por lo que la luz penetraba hasta el fondo, lo que aumentó la producción fitoplanctónica en toda la columna de agua induciendo un alto consumo de dióxido de carbono y una alta producción de oxígeno que facilitó la precipitación de materiales reducidos (Margalef 1983, Wetzel, 2001).

Con respecto a los sólidos hay un patrón marcado en toda la columna de agua para todas las estaciones. Los sólidos suspendidos mostraron bajas concentraciones con respecto a los sólidos disueltos lo que significa que la resuspensión del material particulado es baja. Esto se debe a que metabolismo del embalse en un zona tropical es más acelerado por las altas temperaturas que hacen que la materia orgánica se mineralice y descomponga rápidamente convirtiéndose en material disuelto (Margalef 1983, Wetzel 2001). Las variaciones temporales observadas las atribuimos a los regímenes de pluviosidad los cuales a pesar de haber tenido dos picos de lluvias no coinciden con los dos picos de descarga de sólidos, lo cual se debió a que la segunda temporada invernal (que va de febrero a junio), además de alcanzar los valores más altos de precipitación (65%), también tuvieron una mayor frecuencia de días lluviosos (60%), hecho contrario a la temporada de agosto a diciembre que presentó bajas precipitaciones (35%) no tan regulares (40%) como los del periodo anterior.

Por tanto, de las hipótesis planteadas se acepta que sólo la variación horizontal del pH fue afectada por la profundidad. Los demás descriptores medidos fueron influenciados principalmente por los aportes alóctonos, los cuales sin importar las variaciones ambientales, siempre fueron mayores en la estación río Chico Arriba. La variación temporal no fue explicada por la profundidad ni por los aportes alóctonos sino por los cambios en la pluviosidad.

La estructura térmica vertical y su variación. Margalef (1983), Reynolds (1992), Monismith et al. (1990) e Imberger (1994) consideran que la estructura de la columna de agua es impartida mediante la separación de capas de agua verticalmente diferenciadas de acuerdo a sus densidades individuales. La variabilidad en esa estructura es ocasionada por la relación entre el flujo neto de calor en los primeros metros de la columna de agua y el trabajo del viento que introduce un flujo de energía cinética; si esta última es mayor, la mezcla avanzará verticalmente y destruirá la estructura generada por la estratificación. En los cambios en esta estructura en la estabilidad térmica de los cuerpos de agua tropicales juegan un papel muy importante el viento y las precipitaciones como modeladores de la estratificación o la mezcla (Margalef 1983, Clutter 1985, Imberger 1985a, Lewis 1987). El Embalse Riogrande II recibió para el año de muestreo vientos con la suficiente velocidad (> 3,5 m.s-1 según Margalef 1983, Patterson et al. 1984, Reynolds 1992a y b) como para afectar la estabilidad de la columna en todas las estaciones. A esto se suma que tuvo una dirección relativamente constante (Noroeste en las estaciones Presa, río Grande Abajo y río Chico Abajo, sur-oeste en río Chico arriba y Ánimas sin dirección constante), lo que aumentó la frecuencia de choque entre la masa de aire y la de agua (Wetzel 2001, Roldán y Ramírez 2008). No obstante, la dirección del viento no favoreció por completo el fetch efectivo con el cual el viento hubiera podido ejercer mayor influencia en cada una de las estaciones, a excepción de la estación río Chico Arriba en donde la dirección del viento (Noreste-suroeste) coincidió con la orientación del afluente río Chico ejerciendo su fuerza a lo largo de todo este.

Por otra parte la pluviosidad parece que tuvo un papel más importante en la profundidad de la capa de mezcla como lo reportan otros autores en otros cuerpos de agua (Margalef 1983, Clutter 1985, Imberger 1985b, Lewis 1987) ya que en la época de sequía dicha capa mantuvo una baja profundidad en las estaciones Presa y río Grande Abajo independientemente de las variaciones en la velocidad del viento. Puede colegirse que aunque las lluvias tuvieran una influencia dominante en la profundidad de la capa de mezcla, en este embalse los vientos también explicaron las oscilaciones periódicas de la misma a lo largo del año. Sin embargo, independientemente de que los vientos o la precipitación afecten la profundidad de la capa de mezcla, esta nunca llegó hasta el fondo o desapareció. Además, su profundidad fue baja en comparación con la profundidad total en cada estación de muestreo, de tal forma que las fuerzas resistentes a la mezcla fueron superiores a la energía mecánica introducida por el viento o las corrientes convectivas tal y como sucedió en el embalse La Fe (Ramírez y Córdoba 2013, Ramírez et al. 2013, Román Botero et al. 2013) en donde debido al prolongado aislamiento de las capas inferiores, el cuerpo de agua presentó un hipolimnio anóxico y bastante extenso (aproximadamente entre el 80 y el 98% de la columna de agua de 25 metros en la presa) todo el tiempo del muestreo. Puede deducirse además que el papel de los afluentes en Riogrande II no es tan importante en la re-aireación del embalse ni en la mezcla del mismo. Dado que el feth efectivo fue mayor para la estación río Chico Arriba, en ella se alcanzaron las profundidades más altas de la capa de mezcla en relación con la profundidad total.

Por lo tanto, ya que el embalse Riogrande II es un cuerpo de agua en el que el epilimnio permanece en constante mezcla todo el año puede entonces clasificarse como un cuerpo de agua con un patrón de mezcla atelomíctico según lo propuesto por Lewis (1983) y Barbosa y Padisak (2002). Dicho patrón se produce debido a que la mezcla es causada únicamente por la convección superficial producida por los cambios en el régimen de pluviosidad. Lo obtenido con los números I y W, muestra que por encima de la termoclina todo se está mezclando dejando un hipolimnio casi “intacto” con pronunciados déficits de oxígeno que no desaparecieron a lo largo de todo el año de muestreo. Sumado al déficit de oxígeno en el hipolimnio hubo altas concentraciones de dióxido de carbono las cuales corroboran la existencia de esta barrera de resistencia a la mezcla. La concentración de CO2 libre puede indicar el estado metabólico del sistema, pues para todas las estaciones se observó un agotamiento de este gas en la capa de mezcla debido a la alta tasa fotosintética (Armengol et al. 1999).

Con respecto a la hipótesis planteada para la variación vertical se rechaza que las estaciones con menor profundidad (río Chico Arriba y Ánimas) se mezclen en el eje gravedad luz. Para el caso del embalse estudiado la profundidad no determinó el patrón de mezcla asumiéndose que las aguas del hipolimnio fueron tan densas y frías que no permitieron la mezcla en las entradas de los afluentes. En estas estaciones al igual que en todo el embalse se genera un gradiente térmico que frena los remolinos, los cuales no progresan y la energía cinética del viento se disipa dentro de la zona de mezcla, que como se ha mencionado varias veces es poco profunda.

Un aspecto importante de lo discutido anteriormente es que el déficit de oxígeno es un parámetro que puede indicar la existencia de una estratificación continua de la columna de agua y en los cuerpos de agua tropicales, en particular, es algo común debido a las altas temperaturas (Margalef 1983, Wetzel 2001). En el embalse Riogrande II no se dan gradientes continuos, sino más bien una discontinuidad marcada que coincide con la termoclina, en donde las concentraciones de oxígeno pasan de tener un valor constante a valores cercanos a cero. Por tanto creemos que este puede ser, además de la temperatura, un descriptor que indica la presencia de una barrera resistente a la mezcla.

Conclusiones

La primera hipótesis fue confirmada plenamente pues la magnitud de la variabilidad para la mayoría de las variables medidas fue alta, presentando por tanto, coeficientes de variación altos y diferencias estadísticamente significativas horizontalmente para todos los descriptores físicos y químicos evaluados. Igualmente, la previsión efectuada en la segunda hipótesis, a saber, las estaciones cercanas a los afluentes tienen un comportamiento similar entre sí y muy distinto al de las demás, fue aceptada ya que el embalse es heterogéneo en el eje horizontal con respecto a sus variables físico-químicas y dicha variación es marcada por la entrada del río Chico cuyas aguas altamente contaminadas hacen que esa parte del embalse exhiba características muy diferentes del resto. Solamente la variación horizontal del pH fue afectada por la profundidad. La variación temporal no fue explicada por la profundidad ni por los aportes alóctonos si no por los cambios en la pluviosidad.

En cuanto a la tercera hipótesis -que predijo que, por la acción de la mezcla las estaciones Ánimas y río Chico arriba presentaban una columna uniforme- fue rechazada debido a que sin importar la profundidad o el punto de ubicación (zona lotica o limnética) todo el embalse tiende a mezclarse parcialmente en el epilimnio ya que la alta densidad de las aguas hipolimnéticas impide el progreso de la mezcla vertical.

La profundidad de mezcla fue afectada especialmente por las lluvias y las corrientes convectivas asociadas a ella, y en menor grado por la energía mecánica asociada al viento; sin embargo, independientemente de esta influencia, su profundidad fue siempre baja en comparación con la profundidad total en todas las estaciones de muestreo. En consecuencia,

y como lo corroboran los valores de los números I (< 0,2) y W (< 1), el epilimnio permaneció mezclado mientras que el hipolimnio permaneció casi “intacto” todo el año de muestreo, con déficits pronunciados de oxígeno y altas concentraciones de dióxido de carbono. Estas características identifican al embalse Riogrande II como un cuerpo de agua con un patrón de mezcla atelomíctico, debido a que la mezcla es causada únicamente por la convección superficial producida por los cambios en el régimen de pluviosidad.

 

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