Ingeniero Civil / Durante los últimos años en el mundo se ha observado un aumento de la frecuencia de inundaciones, las que pueden ser muy destructivas, siendo necesario proveer de sistemas de alerta que permitan estar preparados ante estos eventos extremos. Los sistemas de alerta de crecidas han demostrado ser rentables ya que sus costos son bajos en comparación a los impactos que éstas generan. Actualmente en Chile existe un sistema de monitoreo realizado por la Dirección General de Aguas (DGA), en el que si un caudal umbral se sobrepasa se declara una alerta. Además, existen relaciones de pronóstico de caudales en algunas estaciones mediante el uso de modelos autorregresivos con variable exógena (ARX), generados en el año 1987 por BF Ingenieros. Sin embargo, muchas de estas relaciones no se encuentran operativas, por diversas razones. Este trabajo propone actualizar el sistema de alerta de crecidas utilizando modelos de redes neuronales, que han demostrado obtener mejores resultados en la predicción de caudales en tiempo real que los modelos utilizados en el Sistema Nacional de Alerta de Crecidas (SNAC), para lo cual se utilizan las cuencas piloto Curanilahue en Curanilahue y Cautín en Cajón. Además, para cuencas pequeñas de rápida respuesta hidrológica se propone aplicar el Sistema Guía para Crecidas Repentinas (SGCR) junto con la aplicación del hidrograma unitario con pulsos horarios de precipitación, para lo cual se utiliza la cuenca piloto Curanilahue en Curanilahue. La aplicación de la metodología permitió encontrar redes neuronales óptimas para cada cuenca, una para la cuenca del río Curanilahue con predicciones aceptables hasta las 3 horas de antelación, con eficiencias NSE y R2 superiores a 0,81 y otra para la cuenca del río Cautín en Cajón con predicciones aceptables hasta las 12 horas de antelación, con eficiencias NSE y R2 superiores a 0,95. Además, para la cuenca del río Curanilahue en Curanilahue los resultados del SGCR son aceptables cuando se utiliza un pronóstico perfecto de precipitación (con porcentajes de acierto entre 67 y 100% dependiendo del tipo de alerta y sin falsas alarmas), sin embargo, es altamente dependiente de que estos pronósticos sean precisos. Algo parecido ocurre con la metodología del hidrograma unitario, la cual es más conservadora (con porcentajes de acierto similares y porcentajes de falsa alarma entre 0 y 50% dependiendo del tipo de alerta). Se concluye que los modelos de redes neuronales presentan mejores resultados en comparación a la situación actual, por lo que se podrían utilizar como sistemas de alerta con mayores tiempos de antelación. Para crecidas repentinas es útil la implementación de metodologías como el SGCR y el hidrograma unitario, cuando se tengan pronósticos precisos de precipitación.

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.

Ingeniero Civil / La zona no saturada está implicada en una serie de procesos hidrológicos relevante en el transporte de contaminantes: infiltración, recarga de aguas subterráneas, etc. Por ello, es de suma importancia analizar los flujos subsuperficiales de esta zona, en lugares donde la minería es una actividad relevante, pues dicha actividad está asociada a problemas de contaminación, como lo es el drenaje ácido. En el presente trabajo, se evalúa el movimiento y generación de estos flujos en la base de una columna de material homogéneo, bajo distintos escenarios hidrológicos, mediante el modelo computacional HYDRUS-1D. Más específicamente, se simulan tres materiales distintos: muy grueso (GRV), grueso (SBL) y fino (SLT); sobre ellos se aplican cuatro condiciones hidrológicas distintas. En la cuenca del río Mapocho en los Almendros se tienen a escala de sitio: Manto de nieve estacional (condición A) y solo precipitación líquida (condición B). De la cuenca alta del río Copiapó se tiene, también a escala de sitio: un manto de nieve efímero (condición C) y solo precipitación líquida (condición D). Cada condición cuenta con la información de un año completo (detalle horario), para la simulación y obtención de resultados se reitera el registro durante un periodo de 40 años. Sumado a lo anterior, se realiza un análisis de sensibilidad al variar la profundidad del material (H=30, 60 y 90 m) y se evalúa el efecto del cambio climático en los sitios de estudio. En consecuencia, se tiene un total de 60 simulaciones. Como principales resultados se obtiene que la condición que más percolación en la base genera, es A, seguida por B, D y luego C. En cuanto a los materiales, SBL resulta ser el que más rápido transporta el fluido, seguido por GRV, mientras que SLT tiende a acumular mayor volumen de agua en su interior. En general, el cambio climático implica una disminución en las tasas de percolación en la base del sustrato. El efecto del aumento en la profundidad del sustrato, es la tendencia disminuir las variaciones extremas a lo largo del año, logrando un caudal más estable. Otro efecto al variar H, es el impacto sobre los tiempos de inicio de percolación en la base, donde un aumento de H al doble o triple, significa poco más del doble o triple de tiempo con respecto al caso H=30 m. Las numerosas simulaciones llevadas a cabo son de gran utilidad como un primer paso para comprender el complejo comportamiento de los flujos subsuperficiales en la zona no saturada de botaderos o suelos naturales. La investigación elaborada puede ser aprovechada para evaluar en una primera instancia y sin información detallada del terreno, el posible rango de valores alcanzados por los caudales generados, los valores mínimos o bases, los máximos, su duración y las variaciones durante el año.