Ingeniero Civil / Las lagunas someras altipl´anicas son cuerpos de agua extremadamente someros albergados en ecosistemas ubicados en los territorios altipl´anicos de Chile, Argentina, Per´u y Bolivia. Generalmente la profundidad promedio de los salares no supera los 30 cm, por lo que la temperatura del agua de estas lagunas, tambi´en denominadas salares, est´a fuertemente influenciada por los flujos de calor provenientes de la atm´osfera y de los sedimentos. El objetivo principal de este trabajo consisti´o en generar una herramienta computacional que permita, dado un campo de velocidades del flujo, determinar la distribuci´on espacial y temporal de la temperatura del agua de una laguna somera altipl´anica, analizando casos con distintas batimetr´ıas y forzantes externas. La herramienta computacional que se desarroll´o corresponde a un programa que entrega la soluci´on de la hidrodin´amica, utilizando el modelo de Crank Nicolson, y del transporte de calor en la laguna representado por una ecuaci´on de advecci´on-dispersi´on en 2 dimensiones. La geometr´ıa utilizada para el modelo fue una geometr´ıa de Kranenburg, que simula un cuerpo de agua somero. Debido a la periodicidad de los t´erminos fuente de la ecuaci´on de transporte de calor del sistema, se opta por utilizar el m´etodo de vol´umenes finitos en conjunto con el m´etodo espectral para solucionarla. El beneficio de la incorporaci´on del m´etodo espectral para obtener la soluci´on del problema, radica en que es posible independizar la ecuaci´on del tiempo, lo que otorga eficiencia en los usos de recursos computacionales. Esto ´ultimo hace posible que, utilizando la herramienta desarrollada en este trabajo, sea posible determinar el comportamiento de la termodin´amica de una laguna somera altipl´anica para per´ıodos superiores a 15 a nos en menos de 5 horas de c´omputo, considerando que los datos meteorol´ogicos de entrada fueron tomados cada una hora. Los resultados obtenidos en el trabajo justifican la importancia de realizar un an´alisis en 2 dimensiones para la temperatura del agua de las lagunas someras altipl´anicas, debido a que se encuentran diferencias de m´as de 3◦C para un mismo tiempo en distintos puntos de la laguna. Tambi´en se obtuvo a partir de an´alisis con el n´umero de Wedderburn, que para las geometr´ıas consideradas en el an´alisis, los procesos de transporte de calor en la laguna no es tan sensible ante cambios del forzante de viento reinante en la superficie. Finalmente, gracias al bajo consumo de recursos computacionales del programa desarrolloado, este trabajo da pie para que se realicen investigaciones del comportamiento termodin´amico de lagunas someras altipl´anicas ante variados escenarios de cambio clim´atico, que servir´ıan de informaci´on para estudios hidrol´ogicos, biol´ogicos y ambientales, entre otros.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Ingeniero Civil / Los salares son extensiones planas de terreno formadas por la evapo-concentración de sales. Se localizan mayoritariamente en el Altiplano Andino, en la zona central de los Andes y son la base de ecosistemas altamente vulnerables, los cuales están sustentados por la producción bentónica primaria que en parte está controlada por los procesos de intercambio de calor, masa y moméntum entre la laguna y la atmósfera, los que han sido poco estudiados a la fecha. El objetivo del trabajo es analizar la variación intradiaria de los procesos termodinámicos e hidrodinámicos que ocurren en la interfaz aire-agua de la laguna principal del Salar del Huasco, en la Región de Tarapacá (20° 19'40'' S, 68° 51'25'' O, 3800 m.s.n.m.), y explicar los flujos de masa, calor y momentum entre la laguna y la atmósfera. Para ello, se llevaron a cabo dos campañas de mediciones en terreno en el Salar del Huasco, en las cuales, mediante un anemómetro sónico con sensor de gases incorporado, una estación meteorológica estándar y sensores en el agua; se midieron series de tiempo de velocidad viento, temperatura del aire y del agua, y radiación, entre otras variables. Las mediciones obtenidas mostraron periodos tranquilos de viento durante las noches y las mañanas variando a periodos ventosos después de mediodía, con velocidades que sobrepasaron los 12 m/s; la temperatura mínima en ambas campañas estuvo en torno a los -10°C y la máxima en torno a los 15°C; la evaporación media sobrepasó los 4 mm/día; y se observó la formación de hielo sobre la laguna durante las noches. El análisis de esta información se centró en la caracterización y cuantificación del efecto de las forzantes principales del sistema (viento y radiación de onda corta) en los procesos de transporte vertical de masa y calor entre la atmósfera y el agua, con énfasis en las parametrizaciones de la estabilidad atmosférica y rugosidad superficial. Además, el análisis de las mediciones de terreno permitió desarrollar dos metodologías para cuantificar la temperatura superficial de la laguna, basadas en perfiles no estables de temperatura atmosférica y el balance de energía superficial que considera una modelación de la formación y derretimiento del hielo. Estos resultados permiten estimar los coeficientes de transporte de masa y calor entre la atmósfera y la laguna, los que son útiles para comparar el sistema estudiado con otros sistemas similares, y obtener información de flujos turbulentos y de procesos de transporte. Se concluye que la principal forzante en los procesos de transferencia de masa, moméntum y calor es el viento, condicionado a la existencia de una interfaz aire-agua en la superficie, la cual a su vez está sujeta al balance de energía superficial en la laguna.

Ingeniero Civil / El Salar del Huasco, ubicado en la Región de Tarapacá, Chile, constituye un sistema de gran relevancia ambiental al albergar ciertos ecosistemas vitales para la sobrevivencia de especies en estado vulnerable, como por ejemplo flamencos, que requieren de lagunas someras para sus nidos, típicas en estos ambientes. El objetivo de este trabajo de título es realizar un balance hídrico histórico en esta cuenca mediante un modelo de simulación hidrológica, en una escala temporal de 30 años y utilizando información meteorológica proveniente del reanálisis atmosférico, para así analizar la disponibilidad del recurso hídrico y su dinámica temporal futura en una escala de tiempo de 94 años. Se escogió el modelo de simulación hidrológica TOPMODEL por la naturaleza distribuida de los procesos considerados, simpleza en los datos de entrada y cantidad reducida de parámetros a calibrar. A los datos de entrada obtenidos del reanálisis atmosférico se les aplicó un proceso de escalamiento espacial a la zona y luego se realizó una corrección de sesgo mediante ajustes probabilísticos a sus curvas de duración. La hidrología de la cuenca del Salar se obtuvo para el periodo comprendido entre los años 1984 y 2014. La calibración de los parámetros se realizó de forma de disminuir el error entre la recarga producto de caudal y flujo subterráneo a través del acuífero al Salar y la descarga por evaporación desde el mismo. Los resultados de esta simulación histórica arrojan que de la precipitación media anual: un 90% se evapora en la cuenca mientras el 10% restante escurre superficial y subsuperficialmente hacia el Salar donde posteriormente se evapora totalmente, mientras que la percolación profunda es despreciable frente a las variables anteriores. Posteriormente se obtuvieron las series futuras de precipitación y evapotranspiración potencial a partir de los resultados del modelo climático HadGEM2-AO, acoplado con un modelo de balance radiativo, bajo los escenarios de cambio climático RCP 2.6, 4.5, 6.0 y 8.5. A estas series se les aplicó un escalamiento espacial, mientras que la corrección del sesgo se determinó a partir del periodo histórico común a las series de cada uno de los escenarios. Luego, ocupando los parámetros ya calibrados, se simuló la hidrología del Salar en el periodo histórico (1984-2005) y futuro (2006-2100) para analizar su dinámica. Con las series de recarga al Salar y evaporación potencial en el mismo, se realizó el balance de volumen de la laguna. Los resultados muestran que al comparar una ventana temporal de los años 2070-2100 con la inicial de la proyección futura (1984-2005), se tiene un aumento estadísticamente significativo de la precipitación de un 55% y 70% para los dos escenarios de mayor forzamiento radiativo, mientras que la recarga al salar como fracción de la precipitación aumenta de un 13% a un 23% para el escenario RCP 6.0. El balance de volumen en el Salar predice aumentos en la altura promedio anual de la laguna entre 36% y 74% mientras que el área de la misma aumenta hasta 1.4 veces para el escenario R.C.P 8.5.