Ingeniero Civil / La baja cantidad de estaciones de monitoreo es la principal dificultad cuando se estudia la dinámica del manto nival en cuencas de la zona central de Chile. Debido a esto, se propone estimar la temperatura del aire (factor influyente en el balance energético y en la distribución del manto nival) a través de imágenes satelitales MODIS e información de estaciones meteorológicas. Para estudiar los efectos de la metodología propuesta para el cálculo de la temperatura del aire, se calibran siete y validan cuatro años (periodo comprendido entre abril de 2001 marzo 2012), utilizando el modelo hidrológico VIC en las cuencas definidas por las estaciones hidrometeorológicas Aconcagua en Chacabuquito, Juncal en Juncal, y Colorado en Colorado. Los resultados encontrados en la calibración se consideran aceptables (Eficiencia de Nash-Sutcliffe > 0,76), lo mismo pasa en la validación, ya que se mantiene la misma tendencia con valores de Nash-Sutcliffe > 0,65. A continuación, dado que la metodología en el cálculo de la temperatura del aire a través de imágenes satelitales tiene un error asociado, se generan 90 series sintéticas de temperatura del aire que tienen los mismos estadísticos que la serie original. Estos resultados se incluyen dentro del modelo hidrológico durante todo el periodo, representando el caudal modelado como una banda de incertidumbre. Con dicha banda, la eficiencia Nash Sutcliffe aumenta notoriamente, con valores sobre 0,78 para todas las cuencas. Una vez que se obtiene la banda de incertidumbre, se efectúa el pronóstico estacional para la cuenca Aconcagua en Chacabuquito en el período de deshielo comprendido entre el 1 de septiembre de 2012 y el 31 de marzo de 2013, con las respectivas actualizaciones hasta el 1 de octubre y 1 noviembre de 2012. Los tres pronósticos se comparan con el tradicional entregado por Dirección General de Aguas (DGA). Los resultados entregados por VIC y por la DGA se comportan de manera similar y consistente con lo observado hasta cada fecha de actualización. En el caso de VIC, el caudal observado siempre es incluido dentro la banda de incertidumbre. Finalmente, se utilizan las imágenes satelitales MODIS de cobertura nival y se comparan con el equivalente en agua entregado por el modelo VIC. Ambos resultados muestran una dinámica del derretimiento muy similar, incluso se logra presenciar nieve que no se derrite de un año a otro, la que podría estar siendo incorporada al sistema en forma de glaciar.

La necesidad de regular la emisión de residuos a diferentes ambientes hídricos ha motivado el desarrollo de diversas normativas entre las que se destacan las desarrolladas para aguas subterráneas, particularmente el D.S. N° 46 de 2002 “Norma de Emisión de Residuos Líquidos a Aguas Subterráneas” en la cual se establece la necesidad de determinar la calidad natural ante la eventualidad de que se tenga una vulnerabilidad alta en la zona de infiltración. La falta de una metodología para dicho fin motiva el desarrollo de este trabajo de Tesis. Para desarrollar la metodología fue necesario conocer el contexto bajo el cual se determina la vulnerabilidad, así como también se estudió la metodología aplicada en Chile para su determinación, comprendiendo así el contexto general bajo el que se debe definir la calidad natural de un determinado lugar. Entendido esto último se definió el concepto de calidad natural, el cual corresponde a las características físicas y químicas que las aguas subterráneas adquieren producto de la interacción, tanto química como física, con el medio con el cual está en contacto, sin que las concentraciones de los más importantes cationes y aniones originados por las actividades antrópicas generen influencias perceptibles a los provenientes de las rocas o el suelo. A partir de lo anterior se desarrolló la metodología para determinar calidad natural, la cual se basó en diferentes esquemas internacionales estudiados y adaptados a las condiciones nacionales en relación a los niveles de información existentes, y que a partir de una serie de parámetros mínimos a monitorear y la recopilación de la información hidroquímica histórica, geológica e hidrogeológica y junto al catastro de las actividades antrópicas desarrolladas en el sitio de estudio definido para el caso, permite, utilizando una serie de criterios entre los cuales se destacan la preselección de muestras, valores límites para parámetros asociados a contaminación antrópica, entre otros, definir la calidad natural de un determinado lugar, lo cual se complementa con la incorporación de información más detallada, en términos geológicos, hidrogeológicos e hidroquímicos. Así mismo esta metodología tiene como objetivo adicional identificar los procesos involucrados en la hidroquímica natural del agua subterránea, lo cual se efectúa a partir de la medición de parámetros como Nitrato, Hierro, Oxígeno Disuelto, Potencial Redox, entre otros. Para analizar los alcances de la aplicación de la metodología a diferentes escalas y niveles de información, ésta fue aplicada en dos casos: el primero a nivel nacional, en el cual se hizo latente la inaplicabilidad de la metodología producto de que la información existente a estas escalas no es detallada o no existe, así como también se hizo presente la distribución espacial no homogénea de la red de monitoreo de calidad en ciertas regiones; no obstante lo anterior, sí fue posible analizar la distribución, por zonas, de los parámetros más importantes, comparándose con los valores normativos existentes, dando como resultado una tendencia general al cumplimiento de éstas. En el segundo caso, la metodología fue aplicada a un nivel de escala menor, particularmente en el acuífero de la cuenca del río Aconcagua, caso en el cual la metodología pudo ser aplicada con relativo éxito, dado que los niveles de información eran suficientes para determinar de forma cuantitativa los rangos máximos y mínimos de las concentraciones de una serie de parámetros, sin embargo, la falta de información más detallada no permitió identificar los probables procesos y las condiciones existentes en el acuífero, como tampoco identificar el origen real de la contaminación. A modo de síntesis, se puede afirmar que, a partir de las discusiones generadas en la aplicación de la metodología, se pudo establecer que la aplicabilidad de ésta depende de factores críticos como el nivel de información disponible para las escalas a las cuales se desee trabajar, ya sea geológica o hidrogeológica, contar con datos hidroquímicos históricos, monitoreo de parámetros asociados a los procesos que modifican la calidad de las aguas así como también de aquellos parámetros que permitan evaluar el grado de impacto antrópico existente en un determinado sitio. Finalmente, se realiza una serie de recomendaciones, las que apuntan fundamentalmente a una mejora de la red de monitoreo de calidad de aguas subterráneas existente y la incorporación de parámetros a los análisis que se realicen a las muestras de la red de calidad, entre otros.

El objetivo general del presente trabajo de título es modelar y analizar el efecto que tiene la recarga artificial sobre el funcionamiento y la operación del dren Las Vegas. Se entiende por recarga artificial la acción de ejecutar obras que generen un transporte de agua desde la superficie hasta la napa subterránea, en condiciones en que sin intervención directa dicho transporte nunca hubiera ocurrido. Se estudia el caso de la Planta de Tratamiento de Agua Potable Las Vegas, que tiene la particularidad de recoger agua cruda de fuentes superficiales y subterráneas a la vez. La captación superficial corresponde a una bocatoma ubicada cerca del fin de la segunda sección del río Aconcagua, mientras que la captación subterránea es un dren construido a 40 [m] bajo la superficie. El dren Las Vegas aprovecha el angostamiento del valle para establecerse como una barrera que intenta captar el mayor caudal posible. Para aumentar el caudal captado por el dren existen las llamadas lagunas de infiltración, que tienen por misión aprovechar el agua sobrante de la bocatoma e infiltrarla al acuífero. La experiencia de recarga artificial en la Planta de Tratamiento de Agua Potable Las Vegas es una de las pocas que está en funcionamiento pleno en Chile, pero aún así tiene mucho por donde mejorar su gestión. En el mundo la recarga artificial es utilizada ampliamente para administrar los recursos hídricos, desde zonas áridas como el medio oriente hasta zonas costeras y con ríos abundantes como Ámsterdam y París. Se recopilaron los antecedentes pertinentes para poder construir un modelo hidrogeológico utilizando Visual MODFLOW, entre ellos, topografía del recinto, estudios hidrogeológicos y datos hidrológicos. Las fuentes principales de información fueron estudios de terreno realizados en el momento de construcción del dren y modelos hidrogeológicos de la cuenca del río Aconcagua encargados por la Dirección General de Aguas. El modelo resultante fue ajustado para que representara fielmente lo observado en terreno entre los meses de enero de 2008 y marzo de 2009. El modelo ajustado fue utilizado para establecer la tasa de recarga para cada sector del recinto donde podrían emplazarse nuevas lagunas de infiltración. Posteriormente se calcula la superficie necesaria para construir dichas lagunas, teniendo en cuenta consideraciones de acceso y mantención. Además, se calcula la cantidad de lagunas necesarias para distintos escenarios de demanda al dren. Asumiendo un valor deseable de caudal captado por el dren de 1.250 l/s se estima que se necesita inundar 17 [Há], equivalente aproximadamente a 50 lagunas pequeñas. Se concluye que puntos interesantes de estudiar serían: la calidad del agua infiltrada y como afecta al acuífero, la precisión de los datos con los que se trabajó y el grado de influencia de ellos en el resultado, la factibilidad de realmente establecer un régimen de mantención serio y sus posibles implicancias económicas.

La escorrentía generada por el derretimiento de nieves constituye una de las principales fuentes de agua para sus diferentes usos. Es por eso que en Chile, la hidrología de nieves constituye un área de investigación que se encuentra en constante crecimiento. El principal objetivo de esta investigación es reconstruir el equivalente en agua en la cuenca alta del río Aconcagua para dos ciclos de deshielo (septiembre 2007-febrero 2008 y septiembre 2008-febrero 2009). Para ello, se implementó un modelo distribuido de base física en la cuenca de estudio. Dicho modelo, con el apoyo de la información adicional del tipo meteorológica, permitió reconstruir el equivalente en agua a escala temporal diaria y a una resolución espacial de 500 m. Como objetivos secundarios, se aplicó el modelo en una cuenca vecina para así establecer comparaciones en las variables predominantes del modelo, además de determinar la respuesta de escorrentía de deshielo asociada a la reconstrucción del equivalente en agua. Los resultados indican que la metodología utilizada es apropiada para la reconstrucción espacial y temporal del equivalente en agua. Por otra parte, se obtuvo una adecuada modelación en una cuenca vecina; determinándose de que existe una importante influencia de la orientación de la cuenca (norte-sur o este-oeste) en el balance radiativo del manto nival. De los resultados obtenidos, se lograron establecer 3 principales conclusiones: (i) se estimó que el 32% del volumen de agua potencialmente disponible para el derretimiento no se refleja necesariamente como escorrentía superficial de deshielo; (ii) la pérdida de información debido a la cobertura nubosa sobre la cuenca puede alcanzar el 12%, por lo que se debe idear una metodología adecuada que sea capaz de reemplazar tal información; y (iii) el balance radiativo es una de las variables más importantes en la modelación por lo que debe existir una estimación adecuada para la modelación. Finalmente, la dinámica de la serie de procesos que ocurren continuamente sobre el manto nival generalmente se caracteriza por ser de difícil parametrización por lo que la modelación obtenida se considera una adecuada aproximación, y se cuentan con grandes expectativas para cuando efectivamente sea validado.