La cuenca del río Elqui es el espacio natural comprendido por la cuenca hidrográfica del río Elqui. Este espacio coincide casi totalmente con el espacio administrativo homónimo definido en el inventario de cuencas de Chile con el número 043 que se extiende desde la divisoria de las aguas en la cordillera de los Andes hasta su desembocadura en el océano Pacífico. Se subdivide en 4 subcuencas y 26 subsubcuencas con un total de 9829 km².
La subsubcuenca 043-35, que es la quebrada Chancay, cuyo límite occidental es el océano Pacífico, también pertenece al item administrativo 043 "Cuenca del río Elqui", pero no está conectado con la cuenca hidrográfica del río Elqui. La quebrada de Chancay, y otras, tienen su propia desembocadura al océano Pacífico.
La cuenca comprende la Provincia de Elqui de la Región de Coquimbo, en particular las comunas de La Serena, Coquimbo, Andacollo, La Higuera, Paiguano y la Vicuña. Su superficie alcanza las 980.059 Ha equivalentes al 24% de la Región.:16
Las ciudades emplazadas en la cuenca corresponden a La Serena (capital regional) y Vicuña. Entre las localidades pobladas de mayor importancia según el número de habitantes, se pueden mencionar las siguientes:
La Dirección General de Aguas ha dividido la cuenca del Biobío para mejor estudio y administración en las siguientes subcuencas y subsubcuencas:
Los ríos considerados prioritarios por la Dirección General de Aguas son:
Otros importantes cuerpos de agua ubicados en la hoya son el Glaciar Tapado y el Embalse Puclaro.
El informe de la Dirección General de Aguas concluye que "todas las estaciones fluviométricas muestran un régimen nival y presentan sus menores caudales en el mismo período". Y continua, "Corresponde íntegramente a toda la hoya hidrográfica del río Elqui, incluyendo sus principales afluentes: río Claro, estero Derecho, río Cochiguaz, río Turbio, río La Laguna y río Del Toro. En todos estos cauces se observa un régimen nival, con los mayores caudales entre noviembre y febrero en años húmedos. En años secos los caudales tienden a ser más uniformes a lo largo del año, sin mostrar variaciones importantes. El período de estiaje ocurre en meses de invierno, en el trimestre dado por los meses de junio, julio y agosto."
De acuerdo con los datos recopilados por la Universidad Técnica de Dresde y según la clasificación climática de Köppen, la localidad de Posesión, ubicada en la alta cordillera (4000 msnm) de la cuenca donde confluyen el río Vacas Heladas y el río Toro (afluente del río Turbio), tiene un clima de tundra, con 135 mm de precipitaciones anuales y 0°C de temperatura promedio anual. La ciudad de Vicuña tiene un clima árido frío con una temperatura media anual de 10,3°C y precipitaciónes de 139 mm por año. Se puede apreciar en los diagramas que aunque ambas localidades reciben casi iguales precipitaciones, las diferencias de temperatura producen en una un clima árido y en la otra uno más húmedo.
Los diagramas Walter Lieth muestran con un área azul los periodos en que las precipitaciones sobrepasan la cantidad de agua que el calor del sol evapora en el mismo lapso de tiempo, (un promedio de 10°C mensuales evaporan 20 mm de agua caída) dejando un clima húmedo. Por el contrario, las zonas amarillas indican que durante ese tiempo el agua caída puede ser evaporada por el calor del sol.
El motor de la economía en la cuenca son la agricultura y la minería.:17
La agricultura desarrollada en el Valle de Elqui produce papaya, palta, chirimoya, higo, durazno y uva. Estos productos son procesados en plantas disecadoras de frutas y de producción de licores, como pisco, aguardiente y vino.
Dos cooperativas son especializadas en el procesamiento de las uvas tipo moscatel: la Capel Ltda. y la Cooperativa Agrícola Control Pisquero de Elqui Ltda.
La zona también es ampliamente utilizada para el pastoreo de ganado caprino, bovino y caballares.:17
En el año 2004 no existían en la cuenca concesiones para la producción de hidroeléctrica.:25
La actividad minera de la cuenca está representada principalmente por las explotaciones de Andacollo y San Jerónimo.:17
La faena El Indio cerró sus operaciones en el 2002 y se encuentra en actividades de cierre. Las faenas mineras pertenecientes la Cía. Minera El Indio son El Indio y El Tambo, las cuales se emplazan en la zona alta de la subcuenca de los ríos El Toro y Turbio.
La faena minera de Andacollo–Cobre, emprendida por la Compañía Minera Carmen de Andacollo, se ubica en la Quebrada de Culebrón, próxima al pueblo de Andacollo, en el extremo sur de la cuenca.
En el sector de Quebrada de Marquesa se desarrolla actualmente otra minera.
La cuenca del río Elqui no posee áreas del Sistema Nacional de Áreas Silvestres Protegidas por el Estado (SNASPE).:20
Los sitios de conservación de la biodiversidad existente en la cuenca, incluidos en el documento “Estrategia Regional y Plan de Acción de la Biodiversidad IV Región de Coquimbo”, son:
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