Ingeniero Civil / El caudal disponible para dilución es aquel que limita la cantidad de caudal vertido en un cuerpo de agua con la finalidad de no dañar el ecosistema aguas abajo. En el DS 90/2000 del Ministerio Secretaría General de la Presidencia, este caudal se obtiene utilizando el concepto de caudal ecológico; para ello se realiza un balance hídrico a nivel mensual considerando los derechos permanentes aguas arriba y el caudal medio mensual de 85% de probabilidad de excedencia, de tal manera que, si después del balance, se verifica el cumplimiento del caudal ecológico, entonces el caudal disponible para dilución es el caudal ecológico; en caso contrario, el caudal disponible para dilución es el menor valor del balance mensual. Por otra parte, para cuencas que tienen un área nival importante, se utiliza la metodología del 2004 de la Dirección General de Aguas que considera factores que transforman el caudal promedio en 30 días consecutivos asociado a un 50% de probabilidad, Q30d(50%), en el asociado a la probabilidad de excedencia 95%, Q30d(95%) mínimo, el cual es el caudal disponible para dilución. En este trabajo, se proponen dos metodologías, una para cuencas de régimen hidrológico mixto y otra para cuencas de régimen pluvial. En ambos casos, la base fundamental es considerar cuencas hidrológicamente similares y transferir información fluviométrica desde cuencas con información (donadoras) a una cuenca sin información (piloto). El supuesto principal de este trabajo es que cuencas que son similares en cuanto a sus parámetros geomorfológicos y meteorológicos, presentan un comportamiento hidrológico similar. Para el caso de las zonas con cuencas de régimen mixto, la metodología considera la curva de duración en 30 días consecutivos de los años hidrológicos en común de las cuencas donadoras, para así obtener el mínimo valor de Q30d(95%) adimensionalizado por el caudal medio anual promedio, Qmap. A través de metodologías indirectas (transposición de caudales e inverso a la distancia) se estima, con errores inferiores al 25% utilizando el método de validación cruzada, el Qmap de la cuenca piloto y utilizando estos valores, se transfiere la información de las cuencas donadoras a la piloto. En el caso de las cuencas pluviales, se transfieren los caudales medios mensuales asociados a probabilidades de excedencia 85% y 95% en el punto de interés para la obtención del caudal ecológico y del balance hídrico, respectivamente. Los resultados obtenidos en cuencas de régimen mixto indican que la metodología vigente subestima el caudal disponible para dilución, mientras que la metodología propuesta entrega un valor más cercano al real. En cuanto a las cuencas de régimen pluvial, se aprecia que la metodología propuesta representa de mejor manera la variabilidad anual del caudal disponible para dilución y entrega un criterio más objetivo de selección de cuencas donadoras que el método DGA. En los caudales disponibles para dilución otorgados, la estimación se acerca a los valores otorgados (22% en promedio) durante el período de caudales máximos y medios, pero subestima los valores de caudal disponible para dilución en el período de estiaje debido a que siempre se utiliza el valor del promedio de las estimaciones.

Ingeniero Civil / Hoy en día la mayor incertidumbre en la estimación de caudales en cuencas de montaña en Chile corresponde a la escasez de información de las variables meteorológicas en altura. El procedimiento tradicional para estimar las forzantes meteorológicas se basa en la determinación de gradientes definidos a base de estaciones que se ubican a cotas que en general no superan los 1500 m.s.n.m. Actualmente, se dispone de antecedentes satelitales y modelos de reanálisis atmosférico que han permitido extrapolar los datos observados de precipitación diaria y temperatura máxima y mínima diaria para todo Chile, como datos grillados en celdas de 0.05° por 0.05°. De esta manera, se estima que es posible cuantificar con menor incertidumbre la serie temporal diaria de las variables señaladas. Este trabajo de título busca la actualización de un modelo hidrológico (WEAP) en la cuenca alta del río Cachapoal, utilizando un set de datos de forzantes meteorológicas distribuidas. La metodología consideró el análisis de las URH ya definidas y la modificación de las series de tiempo utilizadas para la calibración del modelo WEAP previamente implementado en la parte alta de la cuenca. De esta forma se comparan los valores simulados de las variables de salida del modelo, tanto con las observaciones disponibles como con las previamente simuladas. También se estudia la representatividad de los valores de la grilla usando el inverso de la distancia como método de escalamiento. La implementación del modelo supuso re-calibrar los parámetros según las diferencias de las series de precipitación y temperatura con las previamente estimadas, dándose los contrastes más marcados en los meses de invierno. Al evaluar la eficiencia de la calibración a nivel diario se obtuvieron índices de Nash-Sutcliffe y Nash-Sutcliffe logarítmico mayores a 0.71 y 0.73, respectivamente, para todos los sistemas modelados (Las Leñas, Cortaderal, Cachapoal en 5 km bajo Cortaderal). Al comparar la simulación con la calibración antigua se constata de una mejor representación de los caudales altos y bajos de la cuenca, al menos en Las Leñas y el sistema completo. La calibración del modelo en Cortaderal supuso mayores dificultades al presentar en promedio las temperaturas más bajas y precipitaciones más altas. Analizando los valores distribuidos se percató de un aumento de la incertidumbre al representar escalas espaciales muy pequeñas, lo cual sugiere una redefinición de las bandas de elevación acorde a la resolución del producto. Se concluye que el modelo WEAP, a pesar de ser un modelo poderoso y eficaz, presenta limitaciones al modelar cuencas altas en donde predomina la influencia nival al no tener incorporado en su balance salidas por sublimación, variable que según lo investigado puede alcanzar a nivel anual alrededor de un 30 % de la precipitación caída en la cuenca.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Este trabajo busca responder una interrogante natural que surge al momento modelar hidrológicamente una cuenca, ¿En qué escala temporal es pertinente resolver las ecuaciones del modelo? Si se busca modelar periodos extensos, la escala temporal define el nivel de detalle (resolución temporal) que requieren las forzantes meteorológicas, así como el costo computacional que conlleva la modelación, por tanto, la elección no es arbitraria. Para responder lo anterior se modelan seis cuencas en la Región de Coquimbo con el modelo hidrológico VIC, a pasos temporales de 3, 6, 12 y 24 horas, calibrando siempre a nivel diario mediante los caudales observados. Se buscar analizar si existen diferencias sistemáticas en la representación de los procesos hidrológicos de cada paso temporal, así como en el ajuste que alcanzan sus caudales simulados respecto los observados. Los resultados muestran que, la representación de los procesos hidrológicos en cuanto a escorrentía, evaporación, sublimación y estacionalidad de los caudales tiende a ser similar entre los pasos de 3, 6 y 12 horas, alcanzando un KGE del caudal medio diario casi idéntico durante calibración. Por lo mismo, la variación de sus parámetros calibrados en esta etapa corresponde a un reajuste por efecto del cambio de resolución temporal. Aún así, existen leves diferencias en los procesos nivales de estos pasos temporales, que en validación se traducen en ajustes disimiles. Es así como según la cuenca, puede existir una mejora al pasar desde las 3 a 12 horas, un empeoramiento o una variación nula. En promedio, en términos de KGE, las modelaciones de 3 y 6 horas son equivalentes durante validación y la modelación de 12 horas levemente inferior. Por otro lado, el paso de 24 horas, tiene una representación de los procesos hidrológicos diferente a los demás pasos, que se caracteriza por una sublimación muy menor (casi nula). Su ajuste de caudales medios diarios tiende a ser igual o incluso mejor que los otros pasos, tanto en calibración como validación, y lo mismo ocurre con el ajuste la curva de variación estacional de caudales y los sesgos de las curvas de duración. Por lo tanto, respecto si existe un paso temporal más conveniente para modelar se aconseja, en esta zona geográfica, modelar a 3, 6 o 24 horas teniendo en cuenta que para las 24 horas la representación de los procesos hidrológicos es diferente pero con un ajuste que, en ciertas cuencas, es muy superior. / Powered@NLHPC: Esta investigación/tesis fue parcialmente apoyada por la infraestructura de supercómputo del NLHPC (ECM-02)

Ingeniero Civil / En la I Región, uno de los acuíferos más importantes es el de la Pampa del Tamarugal, y de él dependen el agua potable de la ciudad de Iquique, la minería no metálica, la agricultura y los recursos naturales protegidos. La recarga de este acuífero es alóctona (Viguier, 2013), pues viene dada por la circulación de agua desde la zona altiplánica y precordillerana y uno de los mayores aportes hídricos viene dado por la cuenca de la Quebrada de Tarapacá. El presente trabajo consiste en el estudio de esos aportes hídricos mediante la implementación del modelo hidrológico GSSHA, el cual permite realizar simulaciones hidrológicas tanto de procesos superficiales como subterráneos y corresponde a un modelo de carácter distribuido y base física. Para cumplir con el objetivo principal del trabajo, se construyó y adecuó el set de forzantes hidrometeorológicas a escala horaria requerido por el modelo para el periodo 2004-2015. Ahora bien, debido a la inexistencia de una estación fluviométrica a la salida de la cuenca Quebrada de Tarapacá se procedió a calibrar y validar la modelación en la estación Quebrada de Tarapacá en Sibaya, obteniendo métricas de eficiencia NSE=0,66 y NSElog=0,63 para la calibración y NSE=0,62 y NSElog= 0,61 para la validación a nivel mensual. Analizando los resultados de la modelación se estima un aporte de escurrimiento superficial promedio a la salida de la cuenca Quebrada de Tarapacá del orden de 586 (l/s) en que la mayoría de éste sucede durante eventos lluviosos del invierno Altiplánico, específicamente durante los meses de enero a marzo, mientras que el resto del año se aprecia una clara disminución de este flujo promediando el resto de los meses un monto de 127 (l/s). Por otro lado, también se estima la circulación profunda del sistema o bien flujo subterráneo permanente promedio de 99 (l/s), valor cercano a lo entregado por DGA (2014) cuyo valor es de 90 (l/s). Ambos aportes representarían los mecanismos mediante el cual se recarga la Pampa, el primero por la infiltración que ocurriría en el abanico aluvial de la cuenca y el otro por una circulación profunda.