Ingeniero Civil / La estimación del recurso hídrico es de gran importancia para el desarrollo de la actividad agrícola en la zona central del país, específicamente en su forma nival el ser esta la predominante en los meses de primavera y verano. Es por esto que se hace necesario un pronóstico de caudales para la época de deshielos, septiembre a marzo, que permita una correcta planificación sobre la hidrología de las zonas de riego del país. En Chile, los pronósticos se han realizado mediante correlaciones simples y múltiples, utilizándose además técnicas del análisis de componentes principales, se busca entonces generar un nuevo pronóstico de baja incertidumbre. La presente memoria muestra el trabajo con el modelo hidrológico a macro escala VIC, enfocada al pronóstico de caudales de deshielo, para dar solución al problema de la determinación de la disponibilidad del recurso hídrico en cuencas grandes. La zona de estudio corresponde a la hoya del Río Aconcagua en Chacabuquito, ubicada en la quinta región de Valparaíso (33º 51 S y 70º 31 W). Dicha cuenca tiene un área de 2.084 km2 y una altitud media de 3174 m.s.n.m. es decir, se trata de una cuenca de grandes proporciones en altura. Cuenta con una estación fluviométrica que reporta en tiempo real, ubicada 8 km aguas arriba de la ciudad de Los Andes. La metodología de trabajo para el uso del modelo necesita de una distribución espacial y temporal para parámetros de vegetación y suelo, así como también para variables meteorológicas forzantes, tales como precipitación, temperatura y velocidad del viento. Este trabajo se ve entorpecido en función de la baja densidad de estaciones con información meteorológica disponible, lo que hace necesario el uso de metodologías para la distribución, proceso que se transforma en una limitante para el pronóstico realizado, incidiendo directamente en la calidad de las simulaciones de VIC. La calibración del modelo indica que este es capaz de realizar una correcta simulación de caudales medios mensuales, sin embargo no lo es para un trabajo a escala diaria de escorrentía. Por condiciones externas al modelo, que tienen que ver con la información meteorológica disponible, este solo pudo simular caudales en dos años considerados hidrológicamente secos, por lo que no existe total certeza de si los problemas encontrados en el pronóstico se tendrán constantemente o si serán obviados durante años húmedos. Esto dice relación con una sobrevaloración del mes de diciembre, mes de mayor caudal, para el mejoramiento de los valores entre diciembre y marzo se presenta una actualización del pronóstico, el cual entrega valores de mayor exactitud en este periodo. Finalmente, se propone una serie de recomendaciones para el trabajo futuro, orientadas principalmente a la mejora de la información hidrometeorológica disponible, tanto a nivel de cantidad de estaciones como a la cantidad de variables medidas, ya que este es el principal factor para entregar una alta precisión a cualquier tipo de modelo hidrológico, y de esta forma poder generar una correcta estimación del caudal futuro. La implementación de modelos de mayor complejidad está supeditada a la cantidad de información, y mientras esta sea pobre no se encontraran mejoras significativas.

En el presente artículo, se expone el desarrollo del proyecto Innovación en la enseñanza e integración de tres asignaturas de la especialidad de aguas, financiado por la Vicerrectoría Académica de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, el cual consiste en la innovación metodológica de la enseñanza para mejorar el efecto de la docencia en el trayecto formativo de las competenciasde tres asignaturas: Hidráulica, Hidrología e Hidráulica Aplicada. Estas se desarrollan una después de la otra y, hasta hace poco, su enseñanza era exclusivamente expositiva, ya que no generaba ni la motivación ni el efecto necesario en los estudiantes que les permitiera visualizar las ventajas del conocimiento en el área, ni el deseo de seguir investigando los temas tratados en clase. Por otro lado, al finalizar las tres asignaturas, se podía observar ciertadificultad al utilizar el conocimiento adquirido. El proyecto consistió en cambiar la didáctica de las clases, lo cual generó impactos significativos en el proceso de enseñanza. Así, en cada una de ellas, se comenzó a impartir conocimientos conherramientas didácticas distintas, dependiendo del objetivo y los logros esperados, implementando hitos de evaluación que antes no existían.A modo de conclusión, se puede informar que, a partir de los hechos observados en estos primeros meses, los alumnos han adquirido motivación en lo que respecta a aprender, se ha incrementado la cantidad de alumnos que desean hacer memorias y prácticas profesionales en el área de aguas, y han mejorado las notas de los alumnos, así como las evaluaciones de los profesores.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / En el Perú existe un déficit de registros hidrométricos (caudales) y estos son datos primordiales para realizar diferentes cálculos como son disponibilidad hídrica, máximas avenidas, diseño de estructuras hidráulicas, etc, para suplir este déficit de información existen muchos modelos hidrológicos llamados lluvia escorrentía, los cuales permiten determinar el escurrimiento en una cuenca mediante las características morfológicas de esta y la precipitación. De los diferentes modelos hidrológicos que existen se eligió para la presente monografía el método propuesto por el experto Lutz Scholz para la determinación de caudales promedios mensuales, con el cual quiero comprobar que tan eficiente es este método al ser aplicado a la cuenca del río Mashcon, comparando los caudales calculados con los caudales reales que fueron obtenidos de las estaciones hidrométricas. En el presente estudio se aplica el modelo de Lutz Scholz (1979-1980, -Plan Meris II) para la cuenca del río Mashcon, este modelo consta de una parte determinística para el cálculo de los caudales mensuales para el año promedio (Balance Hídrico – Modelo determinístico); y una estructura estocástica para la generación de series extendidas de caudal (Proceso markoviano – Modelo Estocástico). Este modelo además de ofrecer una metodología para la calibración de los parámetros hidrológicos, presenta una serie de expresiones empíricas regionalizadas que en teoría permiten estimar los valores de los caudales a escala mensual en cuencas sin información. / Trabajo de suficiencia profesional

El presente trabajo de tesis desarrollado en cuatro capítulos, tiene como objetivo principal el empleo de las técnicas estadísticas de regionalización hidrológica para predecir los caudales medios mensuales a partir de definir una correlación con sus parámetros geomorfológicos, aplicados a una cuenca peruana. El primer capítulo presenta la introducción, el objetivo principal y los objetivos específicos del presente trabajo. El segundo capítulo presenta el marco teórico del presente estudio. La primera parte presenta la definición de los Sistemas de Información Geográfica, siendo una herramienta fundamental en este trabajo, y la definición de los principales parámetros geomorfológicos de una cuenca. La segunda parte se enfoca en el tratamiento de los datos relativos a los caudales a través de la descripción de los caudales medios diarios, mensuales, anuales y naturales. Además de, presentar los regímenes hidrológicos típicos en los ríos. Finalmente, en la tercera parte, se muestra la descripción del procesamiento estadístico de correlación y de regresión simple y múltiple como modelo de regionalización empleado en la presente tesis. A lo largo del tercer capítulo se presenta el desarrollo del estudio. La primera parte de este capítulo muestra la descripción de la zona de estudio a través de la localización, aspectos de fisiografía, hidrografía y climatología de la zona de estudio. La segunda parte presenta el estado de arte referido al presente estudio. Por otro lado, a lo largo de la tercera parte, se presenta los resultados de las características geomorfológicas de las cuencas hidrográficas correspondientes y el entorno de aplicación del programa empleado Quantum GIS 2.6.0. Mientras que, en la cuarta parte se detalla la ubicación geográfica de la red hidrométrica empleada. Finalmente, en la quinta parte, se presenta el tratamiento del análisis de regionalización mediante la técnica estadística de correlación y de regresión simple y múltiple. En esta parte, los resultados obtenidos muestran a la variable dependiente que comprende al caudal y las variables independientes pueden ser algunos parámetros geomorfológicos como el área, la longitud del cauce principal o la altitud media de la cuenca. Las conclusiones y recomendaciones de los resultados de los procedimientos estadísticos se presentan en el cuarto capítulo. / Tesis

La protección del medio ambiente, en especial la preservación del agua, como parte del desarrollo sostenible, se convirtió en uno de los temas más importantes de las agendas políticas en los últimos años. Por lo tanto, resulta indispensable poder contar con herramientas que permitan cuantificar y calificar el grado de sostenibilidad del recurso agua en una región. Los índices de sostenibilidad son herramientas útiles para el planeamiento, gestión y educación en el ámbito de los recursos hídricos. Una de estas, es la conocida como Índice de Sostenibilidad de Cuencas (WSI), desarrollado por Chavez y Alipaz (2007). Este índice incluye en su formulación indicadores hidrológicos, ambientales, de vida y políticos, de esta forma, es posible identificar problemas hidrológicos, ambientales, sociales y políticos para luego decidir por una solución integrada. La presente investigación presenta la aplicación del índice WSI en la cuenca hidrográfica del río Mantaro. Esta es considerada como una de la más importante del país debido a su extensivo desarrollo en el sector agrícola y ganadero, actividades mineras y por ser una fuente de generación de energía eléctrica. El análisis se realiza en cada una de sus 23 subcuencas, la división en unidades menores permite evaluar regiones con características similares, ya que dependiendo de la ubicación donde se encuentren (norte, centro y sur de la cuenca) predominarán diferentes actividades productivas y diferentes concentraciones de la población. La evaluación se realiza entre el 2006 y 2010, en un contexto donde existe muy limitada disponibilidad de datos. Con ello, no se logra obtener una calificación del nivel de sostenibilidad de todas las subcuencas, a excepción de Chinchaycocha. Para el resto, se presenta un análisis de manera aislada de los indicadores hidrología-cantidad de agua, medio ambiente, vida y políticas públicas. En la subcuenca Chinchaycocha, se obtuvo el valor de 0.63, valor que la califica con una sostenibilidad intermedia. En la cuenca total del Mantaro, se obtuvieron los valores de 0.54 para el indicador de medio ambiente, 0.64 para el indicador de vida y 0.47 para el de políticas públicas. El indicador cantidad de agua muestra que existen subcuencas con niveles relativamente bajos de disponibilidad de agua. En el indicador de vida, si bien existe una evolución positiva en el IDH, existen subuencas que aún no sobrepasan los umbrales de desarrollo. Asimismo, se identificó que en el periodo de estudio no existían muchas herramientas para la gestión y conservación de los recursos, ya que a partir del 2009 con la Ley de Recursos Hídricos, se prioriza la regulación e implementación de la gestión integrada del agua en el país. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniero Civil / La disponibilidad del recurso hídrico en Chile central está relacionada con el volumen total de deshielo proveniente de las cuencas nivales, especialmente en el periodo de estiaje. Por este motivo, surge la necesidad de entender los procesos físicos relacionados con el derretimiento y cuantificar el volumen de agua contenido en el manto nival. El presente estudio propone un modelo de reconstrucción retrospectiva distribuido a escala diaria del equivalente en agua de nieve (SWE, por sus siglas en inglés) contenido en el manto nival considerando el balance de masa - energía propio de la interfaz superficie del manto nival - aire. La modelación incorpora datos meteorológicos locales e información satelital (MODIS) de cobertura nival fraccional y albedo nival. La zona de estudio corresponde a la cuenca Ojos e Agua (39 [Km2]), ubicada en la subcuenca Alta del Aconcagua, Chile. La reconstrucción del SWE propuesta, es aplicada durante la temporada de deshielo de los años 2010 y 2011. Los resultados muestran un volumen máximo de SWE al inicio de la temporada de deshielo de 11 y 16 millones de metros cúbicos respectivamente, valores consecuentes con la disponibilidad hídrica registrada para cada año modelado. Tras la reconstrucción, se procede a la validación del modelo considerando (1) mediciones puntuales del espesor del manto nival y (2) el volumen total de deshielo observado a la salida de la cuenca. La validación muestra que el modelo propuesto solo es capaz de explicar el promedio espacial del SWE observado y la distribución espacial de SWE a una escala mayor a la de ladera, explicando de forma más satisfactoria los volúmenes de deshielo (con un error promedio anual de un 20%). Luego, se estudian diversos aspectos de interés tales como: (1) la influencia de cada forzante meteorológica, parámetro del manto nival y característica fisiográfica incluida en el modelo por medio un análisis de sensibilidad enfocado a la cuantificación del efecto ejercido sobre el flujo de energía total externa, (2) la definición de áreas representativas para la medición en terreno del SWE (ARs) mediante dos enfoques complementarios basados en la representatividad del SWE promedio espacial, obteniendo un área porcentual (2010 y 2011) de un 10% y 17% para ambos enfoques respectivamente, (3) la evaluación de la capacidad predictiva del equivalente en agua de nieve máximo respecto al volumen total de deshielo. El modelo desarrollado es una herramienta potencialmente útil para efectos de predicción y estudio de procesos físicos relacionados con el manto nival, siendo de interés la instrumentación nivométrica ubicada en distintas ARs (definidas según los enfoques propuestos en este estudio) con el propósito de la futura aplicación de modelos de derretimiento de base semi empírica, disminuyendo el error de predicción al mejorar la calidad de la calibración de los parámetros requeridos.

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El Campo de Cartagena constituye un caso paradigmático en el que se pueden observar importantes modificaciones hidrológicas y ambientales relacionadas con el uso intensivo de aguas subterráneas para regadío en zonas semiáridas del Mediterráneo. En el último siglo, esta zona históricamente desértica se ha convertido en una de las áreas agrícolas más productivas del país. El desarrollo agrícola se ha basado en el uso de las aguas subterráneas, con la perforación de captaciones cada vez más profundas en el acuífero multicapa. El gran número de sondeos ranurados en todos los tramos permeables atravesados, ha permitido la conexión artificial entre los distintos acuíferos. De forma paralela se producía un aumento de la recarga por retorno de riego con la consiguiente subida de los niveles piezométricos en el acuífero superior, lo que ha dado lugar a un caudal permanente en el curso bajo de la red hidrográfica, al que se suman parte del agua de rechazo de desaladoras de agua subterránea, confluyendo todo ello en la laguna del Mar Menor. En este contexto, la comprensión de la compleja evolución del sistema hídrico es un reto científico de primer orden. La investigación realizada se ha centrado en tres aspectos principales. El primero ha supuesto una importante tarea bibliográfica de recopilación de todo tipo de información acerca de la evolución temporal de los acuíferos, que ha podido ser parcialmente reconstituida. Se ha evidenciado la inversión de los gradientes hidráulicos verticales entre los tres primeros tramos acuíferos, con una bajada de los niveles de más de 500 m en el acuífero más profundo. Una revisión del inventario de los sondeos mostró que las asignaciones del acuífero de procedencia de las aguas de cada sondeo en muchos son casos erróneas. Este aspecto ha motivado el desarrollo de una metodología basada en el aprendizaje automático (Random Forest) para identificar el acuífero de origen de muestras de agua subterránea a partir de los análisis disponibles de elementos mayoritarios. El modelo efectuado ha alcanzado una exactitud del 95% y se han clasificado 107 muestras de origen desconocido. El segundo eje de investigación estuvo motivado por la dificultad de actualizar el balance hídrico del sistema acuífero, donde el incierto retorno de riego se suma a la infiltración de la precipitación como fuente de recarga del acuífero superficial. Se emplearon trazadores ambientales (14C, 13C, 2H, 18O, 3H), combinados con perfiles de temperatura de alta resolución en sondeos. Se han evidenciado procesos de mezcla a escala local (interior del sondeo) y regional (dentro de los acuíferos). Se han obtenido tasas de recarga en el denominado periodo de pre-antropización de 17 mm/año en las zonas más elevadas, e inferiores a 10 mm/año en la zona de llanura. Como respuesta al desarrollo de la actividad agrícola en la llanura, la tasa actual de recarga se ha cifrado en 210 mm/año, según los resultados de los trazadores empleados. El tercer eje de investigación ha consistido en la cuantificación de la descarga submarina de agua subterránea (SGD) hacia la laguna del Mar Menor mediante la aplicación de isótopos del radón (222Rn) y radio (223Ra, 224Ra). Estas medidas se han combinado con una modelización hidrodinámica de la laguna para comprender el impacto de las aportaciones de esos trazadores a través de la red de superficie. Han sido localizadas las zonas de influencia de la pluma de radionúclidos de la rambla, las principales zonas de SGD y los rechazos de salmueras. Los balances de masa en dos campañas realizadas en época de verano e invierno han proporcionado flujos de SGD de 7.2 a 15.9 108 m3.año-1 (222Rn), 21.9 a 44.7 108 m3.año-1 (224Ra) y 6.9 108 m3.año-1 (223Ra, en invierno), mientras la descarga de agua subterránea dulce originada por el acuífero ha sido evaluada en un 1% de las SGD totales. Finalmente, cabe destacar que los métodos implementados en esta investigación en el caso del Campo de Cartagena pueden ser extrapolados a otros ámbitos mediterráneos donde la explotación del agua subterránea sigue una evolución comparable, continua y aparentemente inexorable. / The Campo de Cartagena area in the Murcia region (SE Spain) is an emblematic case and an extreme illustration of the hydrological and environmental changes caused by the intensive use of groundwater for agriculture in semiarid Mediterranean areas. This area, historically a desert, it now represents one the most productive agricultural areas of the country. In the absence of surface water, the agricultural development was based on the use of groundwater from the underlying multi-layer aquifer system, leading to the overexploitation of the deeper layers, while irrigation return flow and the subsequent increased recharge rates caused the increase of water table levels in the unconfined aquifer. A large number of boreholes are screened in several aquifers and allow an artificial connection between different groundwater masses. The water table increase in the shallow aquifer, together with the release of brines from private groundwater desalination plants, induced a permanent surface flow of water to the main outlet of the system, the Mar Menor lagoon. In this context, understanding the complex evolution of the whole system and how the hydric balance is affected is a hard task. Three main aspects are treated in this dissertation. The first one represented a wide bibliographic task in order to collect nearly all information on the evolution of the aquifers. The evolution along one century of the multi-layer aquifer system could be partly reconstituted, highlighting the inversion of the vertical hydraulic gradient between the upper aquifers and the decrease of water table levels by more than 500 m in the last century for the deepest aquifer level. An inventory revision of tubewells showed that some previous studies misinterpreted the piezometric and geochemical time-series by mistaking aquifer corresponding to each tubewell. A method was therefore developed based on a supervised classification method, the Random Forest (RF) machine learning technique, to identify the layer from where groundwater samples were extracted. The classification reached accuracy over 95%. 107 groundwater samples of unknown origin and featuring a complete set of variables could be classified. The second research axis was motivated by the difficulty to update the hydric balance of the multi-layer aquifer when irrigation return flow represents an additional source of recharge, added to the limited rainfall infiltration. Environmental tracers (14C, 13C, 2H, 18O, 3H) were combined to high-resolution temperature loggings to investigate the long-term evolution of recharge in the Campo de Cartagena aquifer system once identified in situ the depth of origin of groundwater. Mixing processes were evidenced at local (inside boreholes) and regional scale (inside the aquifers). Both pre-anthropization and post-anthropization samples were identified and mean residence times were calculated. Before the development of agriculture, recharge varied from 17 mm.a-1 in the mountain ranges to 6 mm.a-1 in the plain. In response to the increase of agricultural activity, recharge fluxes to the plain were amplified and nowadays reach up to 210 mm.a-1 The third research axis consisted in quantifying submarine groundwater discharge (SGD) and deciphering the influence of the different water sources on the Mar Menor. A radon (222Rn) and radium (223Ra, 224Ra) survey was combined with the hydrodynamic modeling of the lagoon. The areas of influence of the plume of radionuclides from the river were identified, the main areas of SGD were located and a location for a submarine emissary was proposed. Mass balances in winter and summer seasons provided yearly SGD fluxes of water of 7.2-15.9 108 m3.a-1 (222Rn), 21.9-44.7 108 m3.a-1 (224Ra) and 6.9 108 m3.a-1 (223Ra, measured in winter only) while fresh submarine groundwater discharge from the aquifer was about 1% of total SGD. These results present a wide interest that is not limited to the Murcia region or the Campo de Cartagena aquifer. The methods developed in this thesis might also be used in other Mediterranean sites where groundwater exploitation seems to follow a continuous and inevitable increase.

El presente trabajo surge de la necesidad de dar solución a parte de los problemas existentes en el sistema de abastecimiento de agua potable que afecta a la ciudad de Chimbote debido al crecimiento urbano y poblacional y a la antigüedad de los sistemas de suministro que generan un abastecimiento racionalizado en cierto sectores de la población que han visto condicionada su situación sanitaria. Es así como se prevé que el diseño de la nueva línea de impulsión y la selección de su respectivo equipo de bombeo contribuyan a mantener un adecuado y seguro suministro de agua, la cual es almacenada en uno de los principales reservorios que alimenta al casco principal urbano de la ciudad. Mediante este diseño lo que se pretende es obtener la mejor opción técnica - económica que nos permita definir el tipo, diámetro y clase de tubería del tramo de mayor longitud que componente el sistema de suministro que va desde el pozo tubular P-03 hacia el reservorio R-2A, al menor costo de inversión presente cumpliendo con todos requerimientos que el diseño exige. Igualmente para la selección del equipo de bombeo se opta por una bomba que genere el menor costo de operación y mantenimiento posible durante el periodo de vida útil del equipo con un rendimiento acorde a las exigencias futuras de trabajo y con una capacidad de carga y caudal mayores a los que se determinan en el diseño de la línea de impulsión. Además como parte del trabajo se realiza el diseño de la cimentación con un breve análisis de la carga de relleno que soporta la tubería por un lado, y por el otro se realiza el diseño propiamente dicho de los bloques de anclaje que se requiere para la estabilidad de la línea cuando se realice su instalación (tubería enterrada), como se observa en el plano del perfil longitudinal que incluye además el nivel de presiones que experimenta cada uno de los puntos en la tubería por donde circula el agua en su recorrido hacia el reservorio.

La Región Metropolitana ha experimentado durante los últimos años un crecimiento acelerado, generando la expansión de la ciudad hacia el sur, principalmente hacia las comunas de San Bernardo y Puente Alto. Esta situación ha producido una disminución en la capacidad de los suelos para retener la escorrentía superficial causando eventos de anegamientos de diversas magnitudes dentro de la ciudad. Es por ello que es necesario conocer cuáles son las condiciones particulares de la comuna, en cuanto a las superficies de impermeabilización, lo que se relaciona directamente con los usos de suelo. Así, se podrá determinar de manera cuantitativa cuáles serán los montos asociados al escurrimiento e infiltración. De esta manera, este estudio se constituye en una herramienta para la evaluación de los anegamientos en la comuna, junto con la posibilidad de establecer lineamientos y sistemas de prevención en las futuras construcciones que se pretenda realizar en la comuna, ya que San Bernardo sigue siendo un polo importante de urbanización