Incidencia de procesos AMD en la hidroquímica de embalses afectados en la Faja Pirítica Ibérica

En Europa, los principales problemas de contaminación por metales pesados en ias aguas de ríos y embalses están asociados al drenaje ácido de mina, que tiene lugar en la Faja Pirftica Ibérica (FPI), situada en el SO Europeo, a lo largo de las provincias de Huelva y Sevilla, así como en el Sur de Portugal. La intensa actividad minera en esta zona metalogenética, ha dejado, en las cuencas de los ríos afectados un legado de 86 minas abandonadas, con sus pozos, socavones y cortas, sus innumerables kilómetros de túneles y sus 200 miilones de m3 de residuos dispersos en centenares de escombreras y balsas mineras, constituyendo todos ellos, focos contaminantes que afectan a las aguas y sedimentos de ríos y embalses. El problema adquiere una especial importancia, cuando estas aguas contaminadas por drenaje ácido de mina (AMD en la literatura anglosajona) llegan a los embalses, reduciendo sus usos. La Sociedad Española de Presas y Embalses (SEPREM) reconoce oficialmente la existencia de unas 30 presas y embalses en la Faja Pirítica Ibérica, de titularidad pública y privada, de uso agrícola, industrial o urbano. Muchos de estos embalses se ubican en cauces afectados por procesos de drenaje ácido de mina, lo que supone su contaminación por aguas con bajo pH y elevada carga metálica y de sulfatos. El objetivo central de esta tesis doctoral se concreta en caracterizar las cargas contaminantes transportadas a los embalses presentes en 1a red fluvial de la FPI, que se encuentran afectados por procesos de drenaje ácido de mina (AMD), así como la modelización del proceso. Este estudio permite obtener una visión real del estado hidroquímico de los embalses, con especial atención en los contaminantes menos deseables. Para la consecución de este objetivo central, durante un año hidrológico, se han llevado a cabo muestreos de agua en todos los embalses afectados por drenaje ácido de mina situados en la Faja Pirítica ibérica, así como una campaña puntual de toma de sedimentos en uno de estos embalses, que en la actualidad se encuentra colmatado por precipitados AMD. Durante el siguiente hidrológico, se ha realizado, en varios puntos de uno de los embalse más representativos muestreados durante la primera campaña, un muestreo de agua, y han sido instaladas dos sondas multiparamétricas en dos de estos puntos de toma de agua para su monitarización. También ha sido muestreado para su caracterización un medio generador tipo. Tras la aplicación de diversos tratamientos gráficos estadísticos, así como técnicas de fuzzy logic y data mining a ios datos resultantes de todas las analíticas llevadas a cabo, se ha llegado a concluir la afección por AMD de todos los embalses estudiados, presentando cada uno de ellos un rango de afección distinto. Así mismo, se advierte en los diferentes embalses, un elevado contraste entre valores extremos de pH y concentración de metales y sulfatos. Este diferente patrón individual de comportamiento es consecuencia de la coexistencia de paragénesis minerales muy diferentes a lo largo de la Faja Pirítica Ibérica, así como de la diversidad de tamaños y naturaleza de las cuencas vertientes y otros factores como la superficie afectada, tipo, intensidad y duración del proceso de tratamiento. Mediante un estudio más pormenorizado deí embalse El Sancho, se puede concluir que la mayor parte de los parámetros determinados en las aguas recogidas en los diferentes puntos de muestreo, se encuentran estrechamente relacionados entre sí, presentando, de un punto a otro, altos valores de correlación. Se ha observado una atenuación de la carga contaminante en el tránsito de éstos, como consecuencia de un simple mecanismo de disolución de las aguas de entrada ante el gran volumen de la cuenca receptora, que da lugar a la precipitación de oxihidroxisuífatos de hierro producida por la elevación del pH, así como de los subsiguientes fenómenos de sorción y dilución. Estudiando, para este mismo embalse, la evolución de los parámetros típicos de la contaminación por AMD en la vertical, mediante un muestreo puntual, se concluye la estratificación de sus aguas en diferentes intervalos de profundidad que condicionan la ocurrencia de procesos de oxidación-reducción y precipitación. Se ha llevado a cabo un muestreo de sedimentos en otro de los embalses afectados, el embalse Marismillas, que se encuentra colmatado por precipitados AMD. La distribución vertical de ios elementos a lo largo de los perfiles de los sondeos, así como las diferencias de proximidad estadísticas entre ellos, reflejan las fluctuaciones de la antigua actividad minera su cuenca. La elaboración de un mapa de riesgos ha permitido la visualización, para toda una provincia metaiogenética, del grado potencial de contaminación por AMD sobre los embalses situados en su red fluvial. La producción científica derivada del presente estudio se concreta en: Cerón etal., 2013a-b; Grande et al., 2012- 2013b-2014a-b; Santisteban et a!., 2012-2013, de la Torre etal., 2014a-b-c; Santisteban etal., 2012-2013- 2014a-b-c; Valente etal., 2012b-2014.In Europe, one of the main problems of metals pollution in rivers and reservoirs is promoted by acid mine drainage (AMD), occurring in the Iberian Pyrite Belt (IPB) in the SW of Europe, throughout the provinces of Huelva, Seville, and in the south of Portugal. The intense mining activity in this metallogenic region left a legacy of 86 abandoned mines, with about 200 million m3 of wastes dispersed by innumerous tailings, mining dams and waste dumps, which constitute nowadays sources of pollution, affecting the waters and sediments of the receiving rivers. The problem becomes more important when these AMD polluted streams reach the water reservoirs, reducing their uses. The Spanish Society of Dams and Reservoirs (SEPREM), officially recognizes the public and private ownership, and used for agricultural, industrial or urban supply. Many of these reservoirs are located in channels affected by acid mine drainage, which arrives at the reservoirs with low pH and high metal and sulfate loads. The main objective of this thesis is to characterize the pollutant loads transported to the reservoirs by acid mine drainage and to model the global process. This study gives a real vision of the hydrochemical state of the reservoirs, with special attention to the less desirable contaminants. In order to achieve this central objective, several water sampling campaigns were performed at different temporal and spatial scales. A sampling campaign in all AMD affected reservoirs was carried out during a hydrological year. Additionally, other campaigns were performed in a second hydrological year, covering several points established in a particular and representative reservoir. Also, a specific sampling was performed in an affected stream in order to achieve complete characterization of a representative AMD generating source. Finally, a sampling campaign devoted to sediment geochemistry was also conducted in a clogged mining reservoir. The application of several statistical graphic treatments as well as fuzzy logic and data mining techniques highlighted that all the reservoirs suffer from AMD influence, each one of them showing a different range of contamination, not being clear any overall pattern of behavior. Also, it is noted a high contrast between extreme values of pH and concentration of metals and sulfates for the different reservoirs. This individual pattern may be the result of the coexistence of very different mineral paragenesls throughout the IPB, as well as the diversity of size and nature of the watersheds. Other factors, such as the affected area, type, intensity and duration of the mining processes also contribute to the development of individual hydrochemical patterns. Detailed studies, with samples from two different points of a representative reservoir, in Sancho reservoir, indicated that most parameters are closely related, and presenting high correlation coefficients between the two points. This study revealed the existence of attenuation processes as the contaminants enter the reservoir and move along it. So, dilution promoted by the contact with a large volume of water as well as iron hydroxysulfates precipitating as a consequence of the rise in the pH are among the main attenuation phenomena. This is incremented by the subsequent sorption processes that occur on the surfaces of these solid phases. At the same representative reservoir, a study of vertical distribution of the typical AMD parameters indicated a stratification of the water column at different depth intervals that determine the occurrence of oxidation-reduction processes and precipitation. Another representative reservoir, Marismillas reservoir, which is clogged by AMD precipitates, was studied for sediments geochemistry. The spatial distribution of elements along three vertical profiles reflects the fluctuations throughout former mining activity on the Tinto river basin. Finally, the development of a risk map for the entire Iberian Pyrite Belt has allowed the visualization of the whole metallogenic province concerning the contamination degree by AMD of the reservoirs located in its network. The scientific production resulting from this study is consisted of: Cerón etaL, 2013a-b; Grande et a/., 2012- 2013b-2014a-b; Santisteban etaL, 2012-2013, de la Torre etaL, 2014a-b-c; Santisteban etal., 2012-2013- 2014a-b-c; Valenteetal., 2012b-2014