Geólogo / El presente trabajo tiene como objetivo la simulación del balance de masa distribuido del glaciar Tapado, para el periodo de verano 2011-2012, ubicado en el valle del Elqui, norte de Chile. Se utiliza un modelo con bases físicas, analizando e incorporando el efecto de los penitentes en el balance de energía asociado. Esto sirve para mejorar el entendimiento de este tipo de morfologías en el intercambio energético de un glaciar y para evaluar el estado de salud del glaciar Tapado. El glaciar Tapado presenta una gran cantidad de penitentes en su superficie durante el periodo de ablación, los cuales son muy heterogéneos tanto espacial como temporalmente, lo que constituye la principal dificultad para parametrizar las diferentes partes del balance energético. Pese a lo anterior, se analiza la morfología de estos y se realizan aproximaciones de su forma con una evolución temporal y espacial. La radiación solar es calibrada y es en el albedo donde se incluye el efecto de los penitentes, incorporando a la parametrización un factor de atenuación de albedo que estos producen; se analiza de manera adicional una parametrización de albedo a escala subpíxel. Sin embargo, todas estas ya calibradas, no simulan bien las nevadas debido, principalmente, a la calidad y cantidad de datos disponibles. La radiación de onda larga es calibrada y gracias al cálculo de un factor de visibilidad aérea dentro del glaciar, en base a relaciones morfométricas de los penitentes y la pendiente de la superficie, se le incorpora la radiación que proviene desde las superficies de los penitentes adyacentes y se disminuye un porcentaje de la proveniente desde el cielo. La rugosidad se parametriza mediante el bulk method, incorporando una altura de cero desplazamiento, y se analizan las relaciones entre los valores de las distintas alturas de rugosidad, calibrando las parametrizaciones para estas últimas y para la rugosidad en general. La simulación del balance de masa distribuido del glaciar Tapado, entre el 3 de diciembre del 2011 y el 11 de abril del 2012, incorporando el efecto de los penitentes, indica que el glaciar está perdiendo masa en toda su superficie, sin embargo sobrestima las pérdidas. Además, se simula un balance con los parámetros de un glaciar con superficie suave y lisa, la cuál simula menores pérdidas respecto al caso de estudio previo, de lo que se concluye que la presencia de penitentes produce un incremento de las pérdidas, pero también se sobrestima la ablación, con lo que se deduce que los principales errores provienen desde el módulo del albedo. Por lo anterior, se propone realizar el balance con su respectiva calibración en un periodo de tiempo más extenso y con una mejor calidad de datos disponibles, de esta manera se podrá obtener una simulación que represente de forma más exacta la realidad del glaciar Tapado. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por "Le programme des futurs leaders dans les Amériques" (PFLA) otorgado por el Gobierno de Canadá y llevado a cabo en la Université du Quebec a Trois-Rivieres

Geóloga / En este trabajo se analiza la composición química de la fracción fina (<180µm) de 126 muestras de sedimento fluvial tomadas en los drenajes principales de la cuenca del río Elqui. Para ello se dispone de las concentraciones de 59 elementos químicos, óxidos mayores y elementos traza (de interés económico y ambiental). A partir del análisis de estos datos, se logra dividir la cuenca en cinco zonas geográficas con signaturas geoquímicas bien diferenciadas: Zona 1: Rocas intrusivas y volcano-sedimentarias del Paleozoico, con altas concentraciones de Ctotal, Cd, K2O, SiO2, Sn, entre otros. Controlada principalmente por litología, presencia de materia orgánica, mineralización de Sn y limitada por la falla Vicuña. Zona 2: Ríos Seco, Toro, Turbio y Elqui al este del embalse Puclaro, con altas concentraciones de As, Cu, Stotal, entre otros. Controlada principalmente por alteración hidrotermal y/o actividad minera, depósitos lacustres del Holoceno y limitada por el embalse Puclaro. Zona 3: Rocas volcano-sedimentarias del Cretácico, con altas concentraciones de Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, MnO. Controlada principalmente por mineralización de Fe y Mn, litología, geomorfología e hidrodinámica y limitada por la falla Vicuña. Zona 4: Quebrada Arrayán, con altas concentraciones de Au, Hg, Stotal. Controlada principalmente por mineralización de oro y mercurio en el distrito Andacollo, depósitos de placeres en la quebrada Arrayán y actividad minera, como la utilización histórica de mercurio en la amalgamación de oro. Zona 5: Parte baja de quebrada Marquesa, con altas concentraciones de Ag, Pb, Ba, Hg. Controlada principalmente por mineralización en los distritos Arqueros y Talcuna, y actividad minera. Así, se lograron determinar seis factores de control preponderantes en la geoquímica regional de los sedimentos fluviales de la cuenca del río Elqui: 1. Litología paleozoica intrusiva al este de la Falla Vicuña; 2. Litología cretácica volcano-sedimentaria al oeste de la Falla Vicuña; 3. Zonas de alteración hidrotermal y/o actividad minera en los distritos El Indio-Tambo, Carmen de Río Seco, Andacollo, Arqueros y Talcuna; 4. Geomorfología e hidrodinámica; 5. Falla Vicuña, como límite para las características geoquímicas globales de la cuenca; y 6. Embalse Puclaro, trampa para los sedimentos tóxicos provenientes de la parte alta de la cuenca, evitando que gran parte de estos lleguen a la desembocadura del río Elqui en la ciudad de La Serena. En el río Turbio se encuentra que las concentraciones de As y Cu están sobre el estándar internacional PEC, considerándose estos sedimentos como tóxicos según este parámetro. Sin embargo, hace falta realizar estudios más detallados para determinar la toxicidad de estos sedimentos sobre el ecosistema particular de la cuenca del Elqui. En torno a la confluencia de los ríos Toro y La Laguna, además de las muestras de sedimento fluvial actual, se obtienen muestras de sedimento de terrazas fluviales. Se comparan sus concentraciones químicas con los sedimentos fluviales actuales. Se observa una disminución de las concentraciones de: Hg, Au, Ag y Pb, y un aumento en las concentraciones de: Zn, Cu, As y Stotal. Estas variaciones se pueden atribuir a dos factores: 1. La introducción de sedimentos ricos en arsénico, yeso y arcillas provenientes de la erosión de los depósitos lacustres colgados del Holoceno, a lo largo del río Turbio; y 2. Aumento del volumen de detritos en las zonas de alteración neógenas producto de la intensa actividad minera llevada a cabo en los distritos El Indio-Tambo y Carmen de Río Seco. Para determinar si uno o ambos factores influyen en este cambio de concentraciones, se hace necesario realizar dataciones absolutas o relativas de las terrazas fluviales muestreadas.

Geólogo / El objetivo de este trabajo es establecer correlaciones entre composición geoquímica, composición mineral y características espectrales de muestras de sedimentos fluviales de la cuenca del río Elqui, IV Región, Chile. Para lo anterior se obtienen datos de espectrometría de reflectancia, en el rango visible-infrarrojo cercano (350-2500 nm), desde ochenta muestras de sedimento, distribuidas a lo largo de las principales redes de drenaje de la cuenca. La medición se efectúa en condiciones de laboratorio, utilizando distintas fracciones granulométricas obtenidas a partir del tamizaje de las muestras. El conjunto de datos espectrales es analizado utilizando redes neuronales artificiales (RNA). Como resultado de este análisis se identifican seis grupos de muestras, cada uno con características espectrales distintivas. La proyección geógráfica de estos resultados indica que, en términos generales, es posible identificar patrones espectrales específicos para los afluentes principales dentro de la cuenca. En particular, en el río Turbio y sus afluentes, se observa una marcada coincidencia entre las distribuciones geográficas de los patrones espectrales y geoquímicos, caracterizados por presentar altos valores de Arsénico (As). Concordantemente, el estudio mineralógico de los sedimentos de este sector indica la presencia de Arsenolita (As2O3) como mineral característico. Por otra parte, se han desarrollado modelos de regresión que permiten conocer la concentración química de ciertos elementos, con cierto margen de error, por medio del uso de RNA o de mínimos cuadrados parciales, sobre datos de reflectancia. En este caso se ha usado la fracción granolumétrica < 180 µm y los datos espectrales se han estandarizado por medio de su primera derivada. El mejor resultado corresponde a Uranio, con una precisión estadística R2 de ~0.83 y un error cuadrático medio igual a ~0.01, sobre diez muestras de validación. La conjunción de estos resultados con el uso de sensores remotos, permite plantear las bases de una nueva metodología de exploración geoquímica, mediante la cual sería posible estudiar y caracterizar sedimentos en términos espectrales, geoquímicos y mineralógicos, in situ, con bajos costos en tiempo y capital.

Magíster en Meteorología y Climatología / Ingeniera Civil / La precipitación es la principal fuente de agua en ríos, lagos y napas subterráneas. Una de las características hidrológica más importante en la zona del norte-chico de Chile es la variabilidad de las precipitaciones, la que se ha visto que está modulada en parte, por el cambio climático y que aumenta la incertidumbre asociada al pronóstico de caudales. El pronóstico de caudales depende a su vez de la distribución espacial de la precipitación, aspecto muy sensible en regiones de topografía compleja. Con el interés de mejorar el pronóstico de caudales en la cuenca del Elqui (región de Coquimbo) el principal objetivo de esta tesis es efectuar un análisis hidro-meteorológico del Gradiente Orográfico de Precipitación (GOP), pues es este parámetro el que ayuda a determinar la cantidad de precipitación (líquida o sólida) que cae en la parte alta de la cordillera. A partir de una regresión lineal de la precipitación con la altura se obtiene un GOP promedio de 7,4 mm/km para todas las Tormentas Significativas (TS) consideradas (aquellas que aportan más del 20% del total anual promedio). Sin embargo se ve que el GOP por tormenta varía aproximadamente entre 19 y -12 mm/km en promedio. De acuerdo a esto se definen: GOP>5 mm/km para las Tormentas Significativas Típicas (TST), GOP entre -5 y 5 mm/km para Tormentas Significativas Neutras (TSN) y GOP<-5 mm/km para Tormentas Significativas Atípicas (TSA). La hipótesis central es que las TSA y TSN resultan del bloqueo parcial en Los Andes al flujo zonal incidente, que inhibe el desarrollo de la nubosidad y la precipitación en la parte alta de la cuenca. Para cuantificar el grado de bloqueo del flujo, se utiliza el Número de Froude (Fr) calculado a partir del Reanálisis (CSFR) entre los niveles de 500 y 850 hPa, y la posición vertical del Chorro de Barrera Andino (CBA). El Fr, además de mostrar una relación positiva con el GOP, indica que para valores altos (TST) se observa la influencia de una mayor componente de los vientos zonales, lo que implica un aumento del efecto orográfico en la precipitación. En ausencia de mediciones del CBA, se utilizó los datos del Reanálisis (CFSR) los que fueron previamente validados comparando los obtenidos del CFSR con mediciones in-situ para Sierra Nevada (California). Se concluye que el GOP es alto para casos con CBA bajo y con mayor precipitación que en los casos con CBA alto, donde el GOP es bajo. Se concluye también que la circulación secundaria asociada del CBA produce una mejor repartición de la precipitación en la cuenca, disminuyendo el valor del GOP; y que la altura del CBA discrimina mejor los GOP bajos. El análisis meteorológico de escala sinóptica, muestra que para los casos de TST dominan esquemas compatibles con bloqueo al SO del continente, mientras que en los casos de TSA son más frecuentes las Bajas Segregadas. Finalmente se ve que es posible relacionar positivamente la precipitación en la parte alta de la cuenca, con el caudal efluente de la parte media alta y el GOP en escala anual. Esto estrega una potencial herramienta de este concepto para análisis hidrológico en la cuenca del valle del Elqui.

Ingeniero Civil / El trabajo de título realizado consiste en estimar la distribución espacial de evapotranspiración del cultivo de referencia en la cuenca alta del río Elqui, IV Región de Coquimbo, usando imágenes de temperatura de suelo generadas por tres satélites desde 2002 a 2016. La necesidad de realizar la estimación a partir de imágenes satelitales surge debido a la escasa disponibilidad de estaciones meteorológicas, lo cual limita la determinación de variables de interés para la realización de estudios hidrológicos de precisión. Una de estas variables, de alta relevancia para el análisis de ciclos hidrológicos, corresponde a la evapotranspiración, para la que se han desarrollado productos satelitales tales como MOD16, a una resolución de 500 metros cada 16 días, pero cuentan con la limitante de la espacial y temporal, por lo que poder realizar una estimación a nivel diario y en alta resolución de manera remota es una muy buena solución a dicha problemática. El objetivo general consiste en mejorar la resolución espacial y temporal de la estimación de evapotranspiración del cultivo de referencia a través de imágenes satelitales. Para ello se propuso una metodología para estimar la distribución de temperatura media diaria de suelo, mejorar la resolución espacial del producto de temperatura media diaria del suelo entregado por los satélites y se establecieron relaciones entre la temperatura del suelo y la del aire registradas, así mediante el método Penman-Monteith, se estimó la evapotranspiración del cultivo de referencia en la cuenca y se validaron los resultados con las mediciones directas de las diferentes estaciones y con el producto acumulado MOD16 anteriormente nombrado. Posterior a una extensa revisión bibliográfica, se analizó y seleccionó la metodología que permitió distribuir espacialmente la temperatura de suelo medida, se parametrizó la relación entre temperatura del aire registrada y temperatura del suelo, se generó una matriz espacio temporal de valores diarios de evapotranspiración del cultivo referencia, se acumuló la evapotranspiración a nivel anual para obtener promedio anual y mensual. Se obtuvieron como resultados la distribución de temperatura del aire a nivel diario con buena resolución espacial, una matriz de valores de evapotranspiración diaria y acumulada y, por último, mapas de temperatura y evapotranspiración del cultivo de referencia media mensual y anual promedio para los años 2002 a 2016. Los resultados obtenidos con respecto a las mediciones directas presentan un comportamiento similar, pero una mayor dispersión y sobrestiman los medidos in-situ, el error asociado promedio es de un 25%. Al validar con respecto al producto MOD16 se obtienen coeficiente de determinación mayor a 0.5 y en promedio mayor a 6.5.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Ingeniero Civil / La representación del ciclo hidrológico es, hasta el día de hoy, difícil de modelar producto de diversos desafíos entre los que se encuentran la heterogeneidad de la cuenca, la representación de procesos físicos, las observaciones disponibles, la incertidumbre en las forzantes del modelo y la incertidumbre estructural, entre otros. Sin embargo, en los últimos años se ha puesto a dis-posición de la comunidad diversos productos e imágenes satelitales que buscan aumentar la disponibilidad de información mediante percepción remota. Algunas de las variables hidroló-gicas de interés que hay disponibles son la fracción de área cubierta por nieve, la humedad de suelo, la evapotranspiración, el equivalente en agua de nieve, índices de vegetación, precipita-ción, temperatura del suelo y el albedo. En este trabajo se busca incorporar información de percepción remota para analizar si su inclusión mejora la modelación hidrológica tradicional que se basa, principalmente, en el contraste de caudales modelados con los observados. La zona de estudio corresponde a tres sub-cuencas del río Elqui, en la Región de Coquimbo, que están definidas por estaciones fluviométricas pertenecientes a la DGA: río Cochiguaz en el Peñón, estero Derecho en Alcohuaz y río Toro antes junta río La Laguna. En estas cuencas se intenta (1) estimar los caudales usando el modelo CRHM (Cold Regions Hydrological Model) considerando que no existe información fluviométrica, bajo la hipótesis que es posible estimar el caudal de manera razonable si se calibran parámetros asociados a otros procesos del ciclo hidrológico, (2) calibrar el modelo usando sólo caudales y (3) incorporar la información de percepción remota junto con la fluviométrica para representar el ciclo hidrológico. Todo esto a una escala temporal horaria, con forzantes que se construyen a partir de información de la red meteorológica DGA en conjunto con la red CEAZA. Los resultados muestran que estimar la escorrentía en cuencas sin información fluvio-métrica sigue siendo un desafío, pues los caudales estimados a partir de la calibración de otros procesos entregan, para distintos sets de parámetros, índices NSE que, en promedio, son 0,56, 0,26 y -0,29 para Cochiguaz, Derecho y Toro respectivamente. No obstante, la modelación que considera percepción remota y caudales mejora los índices de 0,74 a 0,89 y de 0,75 a 0,8 para las cuencas Cochiguaz y Derecho respectivamente. En el caso del río Toro, el NSE se mantiene en 0,74.