El objetivo general del presente trabajo de título es evaluar la aplicabilidad de los modelos de función de transferencia (modelos ARMAX) en la proyección de series de caudales futuros en la cuenca alta del río Loa considerando los efectos del cambio climático global. Para esto, se analiza tanto la serie de caudales proyectada en período futuro, como las etapas intermedias de cálculo realizadas para obtener este resultado. La importancia de obtener proyecciones de caudales del río Loa, radica en su papel como fuente de abastecimiento de agua para importantes sectores productivos y sociales, emplazados en una cuenca árida, y en la cual el río Loa se considera agotado en cuanto a la posibilidad de otorgamiento de nuevos derechos de aprovechamiento de aguas superficiales permanentes. Los efectos del cambio climático global quedan caracterizados mediante proyecciones meteorológicas futuras, obtenidas en un estudio realizado por el Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile como proyecciones del modelo meteorológico regional PRECIS. Estas proyecciones se realizan para un periodo de línea de base (1960-1990) y otro futuro (2070-2100) considerando diferentes escenarios de aumento de concentraciones de CO2 para diferentes regiones del país, donde la variable de interés para el presente estudio corresponde a las precipitaciones estimadas en un nivel temporal mensual, en periodo de línea de base y futuro A2. Mediante el uso de modelos de función de transferencia se realizaron proyecciones de caudales futuros a nivel mensual, empleando como variables de entrada las series de precipitaciones PRECIS. Para esto, fue necesario realizar una secuencia de cálculos, correspondientes a diferentes etapas como: validar y corregir las series de precipitaciones PRECIS, calibrar el modelo de función de transferencia a partir de series históricas de precipitaciones y caudales, y validarlo tanto para las series históricas como para las respectivas series PRECIS corregidas. Un punto importante en el desarrollo de la metodología, corresponde al cumplimiento de normalidad y estacionariedad requeridos para las series modeladas mediante función de transferencia, ninguno de los cuales se cumple para las series de caudales y precipitaciones, debiendo aplicarse previamente funciones de transformación sobre las series. Como etapa final del proceso de cálculo, se aplican las inversas de éstas últimas transformaciones en las series proyectadas por el modelo de función de transferencia. Como resultado final se obtienen proyecciones de caudales que, comparadas con la serie de caudales observados en periodo de línea de base, son coherentes con la comparación entre las respectivas series de precipitaciones de entrada, en cuanto a un valor promedio general. Pero presentan problemas en cuanto a la distribución de caudales en el ciclo anual, y en los valores extremos (máximos y mínimos) de la serie, ya que no son coherentes con las variaciones de los valores extremos de las precipitaciones futuras. Se concluye planteando dos posibles hipótesis que pueden explicar los problemas en los resultados obtenidos. La primera plantea emplear un modelo de función de transferencia que contenga componentes estacionales para ver si mejora el problema de la distribución de valores en el ciclo anual, y la otra plantea la incompatibilidad entre el uso de modelos de función de transferencia y series PRECIS, debido a que éste modelo considera el orden de los valores dentro de la serie, mientras que las series PRECIS no presentan correspondencia cronológica con las series observadas.

El objetivo del presente trabajo de título es evaluar el uso y disponibilidad de aguas subterráneas en Isla de Pascua, identificar las potenciales fuentes de contaminación del acuífero y proponer un sistema de gestión de los recursos hídricos subterráneos. La situación ambiental de Isla de Pascua es bastante delicada. Es de origen volcánico con una superficie total de 166 Km2. Por tener suelos altamente permeables no existen ríos en su superficie de manera que la única fuente para ser utilizada como fuente de agua potable son las aguas subterráneas. Los peligros de contaminación son altos puesto que las condiciones sanitarias del lugar son bastante precarias. La distancia al continente genera que los controles y fiscalizaciones sean escasos, y el alto atractivo turístico aumenta la demanda de recursos hídricos y con ello las cargas contaminantes. Basado en una metodología propuesta por el Banco Mundial, para el desarrollo de un plan gestión de las aguas subterráneas, se evaluó el peligro a la contaminación del acuífero. Es importante mencionar la dificultad para obtener información técnica sobre las características hidrológicas e hidrogeológicas de la Isla de Pascua, principalmente debido a que los estudios realizados hasta la fecha no cuentan con una organización global ni existe una institución a cargo de ello. Los resultados expuestos en este trabajo están sujetos a dicha limitación. Con base en esta información se analizó la vulnerabilidad a la contaminación del acuífero por medio de la creación de mapas de vulnerabilidad, utilizando las metodologías GOD y BGR. Con ambos métodos se obtuvieron resultados satisfactorios, pero se decidió trabajar con el mapa obtenido por la metodología BGR por ser la metodología sobre la cual está basada el Manual para la Aplicación del Concepto de Vulnerabilidad de Acuíferos establecido en la Norma Chilena de Emisión de Residuos Líquidos a Aguas Subterráneas (D.S. N° 46/ 2002). Posterior a ello, se detectaron las potenciales fuentes contaminantes de la isla, entre las que destacan aguas servidas, vertederos, centros de acumulación de combustibles y actividades agrícolas. Junto con ello se detectaron los principales contaminantes asociados a cada una de estas actividades. Superponiendo la información del mapa de vulnerabilidad con la información de las potenciales fuentes contaminantes se pudo analizar el peligro a la contaminación de las aguas subterráneas. Como resultado final se propone un plan de gestión para el agua subterránea de la isla, el que incluye un plan de monitoreo donde se detallan los puntos y parámetros a analizar. Se concluye la necesidad de generar mayor información a la actual para poder llevar a cabo un estudio más detallado que incluya aspectos de gestión a nivel local, lo que incorpore elementos como los perímetros de protección de pozos. La necesidad de un plan de gestión para la protección del recurso hídrico, tanto a nivel regional como local, es evidente. Lo primero sería la generación de un grupo de trabajo que esté a cargo únicamente de este propósito para así poder actualizar constantemente las necesidades de la isla, en términos de información, y tener un control sobre ellas.

Ingeniero Civil / La caracterización hidrológica de una cuenca está definida principalmente por sus variables hidrometeorológicas, las cuales están siendo afectadas al cambio climático y sus consecuencias. Esto implica limitaciones en uso de los recursos hídricos de una cuenca, lo que hace necesaria la utilización óptima de estos recursos a largo plazo. Este trabajo se centra el análisis en la cuenca definida por la estación fluviométrica Río Tinguiririca Bajo Los Briones , la cual corresponde a una cuenca cordillerana con régimen nivo-pluvial y con aprovechamientos del recurso hídrico principalmente por centrales hidroeléctricas de pasada, sin embargo, aguas abajo de la cuenca, los usos se diversifican. Los modelos de circulación general de la atmosfera (GCM s), proporcionan series meteorológicas susceptibles de ocurrir para escenarios futuros de emisiones de gases de efecto invernadero (IPCC, 2007). Sin embargo, la escala espacial de los GCM s es del orden de cientos de kilómetros, por lo que es necesario efectuar un escalamiento a nivel local. Se seleccionan aquellos GCM s con escala temporal diaria y escenarios de cambio climático A1B y A2, los cuales se correlacionan con el reanálisis NCEP/NCAR, que corresponde a un modelo meteorológico del siglo XX en base a observaciones reales, que está en continuo ajuste para simular las condiciones climáticas del planeta. Con los resultados de las correlaciones con el reanálisis, se sugiere el modelo ECHAM5 como el de mejor ajuste a la zona de estudio y con el cual se proyectan las variables meteorológicas futuras bajo los escenarios A1B y A2. Para determinar la disponibilidad del recurso hídrico en el futuro se utiliza el modelo hidrológico WEAP, el cual sólo es posible calibrar con 2 variables forzantes, precipitaciones y temperaturas. Esto, dado que en la cuenca en estudio, la disponibilidad de registros de otras variables es pobre o inexistente. Para la calibración y validación del modelo WEAP, se utiliza el período 1988- 1992. Con estos registros, se calibra y valida el modelo utilizando 4 indicadores de eficiencia, de los cuales, el Nash-Sutcliffe con valores logarítmicos (LOG NS) y el Coeficiente de Determinación con corrección por pendiente (wR2) resultan ser los más adecuados para la cuenca, obteniéndose resultados de 0,73 para LOG NS tanto en los periodos de calibración como validación y de 0,69 y 0,70 para wR2 en la calibración y validación respectivamente. Dichos resultados dan cuenta de un buen funcionamiento del modelo hidrológico, con lo que es posible simular los caudales futuros para los escenarios de cambio climático. Con el modelo WEAP calibrado y validado, se simulan los caudales futuros para los períodos de mediano y largo plazo, comprendidos entre los años 2046-2065 y 2081-2100 respectivamente. Se utilizan las variables forzantes, precipitaciones y temperaturas, provenientes del GCM ECHAM5 anteriormente seleccionado y se obtienen los caudales proyectados para los periodos de mediano y largo plazo junto con las variables meteorológicas obtenidas del GCM ECHAM5. Los resultados de las proyecciones futuras bajo escenarios de cambio climático, se comparan con el período base modelado 1978-1992, para analizar la evolución de las variables hidrometeorológicas en estudio y determinar el efecto del cambio climático en la cuenca bajo los escenarios A1B y A2. Estos resultados se traducen en disminuciones progresivas de las precipitaciones, llegando a finales del siglo XXI a tener solo un 60% de las precipitaciones de la línea base en ambos escenarios, mientras que el aumento de temperaturas llega a 3°C, lo que tiene como consecuencia una disminución en los caudales en la cuenca, que llega a un 60% de la actual como promedio para el período de largo plazo, lo que implica también, cambios en la distribución mensual de los caudales, presentándose un adelanto del período de deshielo y reducción del mismo.

Ingeniera Civil / En este trabajo se presenta una propuesta de índices de calidad físico-químicos de agua superficial para ecosistemas hídricos de Chile para el Departamento de Recursos Hídricos del Ministerio del Medio Ambiente, con el objeto de clasificar la calidad de las aguas mediante una metodología que se adapte y represente específicamente las condiciones de cada ecosistema. A pesar de los esfuerzos realizados a la fecha, Chile no cuenta actualmente con un índice de calidad de agua propio y oficial, tal que represente las características particulares de sus sistemas hídricos. Los índices propuestos hasta el momento han mostrado restricciones para indicar la calidad de las aguas nacionales, principalmente por no considerar la variabilidad hidroquímica que presentan sus aguas a lo largo y ancho de todo su territorio y por aplicar metodologías que no se adaptan a las condiciones hídricas del país. Debido a lo anterior, se realizó un análisis exhaustivo a la información histórica entregada por el sistema de control hidrométrico de Chile, a cargo de la Dirección General de Aguas (DGA), de todos los sistemas hídricos que poseen estaciones de control de calidad de aguas del país. De esta manera, fue posible determinar el comportamiento fisicoquímico de la matriz de agua de los sistemas hídricos monitoreados, con el fin de considerar estas características e incorporarlas en el índice de calidad. Por otro lado, se realizó un análisis detallado de las metodologías aplicadas en los índices de calidad desarrollados en el mundo, con el fin de proponer un ICA para Chile que se adaptara a las características particulares de sus ecosistemas hídricos. Finalmente, considerando la experiencia internacional y la realidad del territorio nacional, tanto por su diversidad de sistemas, como del tipo y cantidad de información monitoreada por la DGA, se optó por proponer un índice de calidad que incorporara en su estructura las características naturales de las aguas evaluadas y criterios para usos específicos de acuerdo a normas de calidad. Por lo tanto, el índice de calidad de aguas propuesto permite evaluar, en el tiempo y espacio, el estado de la calidad natural de las aguas de los ecosistemas hídricos superficiales del país y su potencial uso como fuente de agua potable y de regadío, considerando las características hidroquímicas particulares de cada tipo de cuerpo de agua de Chile, con el objeto final de detectar cambios significativas en la matriz de agua y realizar a tiempo las gestiones necesarias para evitar desastres irreparables en el ecosistema.

Geólogo / En esta memoria se presentan los resultados hidrogeoquímicos para la Cuenca de Santiago utilizando la base de datos de la Dirección General de Aguas (DGA), disponible en forma pública en su sitio internet. La información seleccionada corresponde a los parámetros físico-químicos para los años 2001, 2006 y 2010 de las estaciones de aguas subterráneas ubicadas en la Cuenca de Santiago. A la vez, se han considerado datos de aguas superficiales para compararlas con las subterráneas. Con el uso de diagramas Piper y Stiff, relaciones iónicas, análisis estadísticos y mapas de distribución, aplicados a los datos de aguas subterráneas, se han reconocido dos grupos de aguas diferentes desde el punto de vista composicional; el primero con menores concentraciones iónicas (conductividad: < 800 µs/cm) y de tipo SO42- - HCO3- - Ca2+ y, el segundo, con mayores concentraciones (conductividad: 850-1900 µs/cm) y de tipo SO42- - Cl- - Ca2+. Además, existe una distribución espacial de los dos grupos: el primero corresponde a las estaciones ubicadas en el límite S y al E de la cuenca y, el segundo, agrupa los puntos de control situados en la zona centro y O, evidenciando un incremento de la concentración en el sentido general del flujo de las aguas subterráneas. Se observa una influencia en el quimismo asociada a la distancia al área de recarga principal, que es la Cordillera, y al recorrido por diferentes litologías en el relleno. En las áreas donde existen aguas recién infiltradas y/o el acuífero se encuentra confinado, se ubican las muestras del primer grupo. Técnicas como el diagrama de Gibbs y las razones iónicas indican que la interacción con el relleno sedimentario y procesos de evaporación juegan un rol importante en la química de las aguas subterráneas y corroboran la presencia de dos grupos, en particular la razón rNa/rCl evidencia esta diferencia. Por otro lado, las mayores variaciones temporales de las concentraciones se dan en los iones de SO42-, Cl- y Ca2+, en algunos casos, relacionado a actividad antrópica. Con la utilización de gráficos de TSD versus los elementos mayores se observó que la concentración de la mayoría de éstos podría estar, en parte, influenciada por actividades antrópicas. Se identificaron valores anómalos asociados a posibles focos de contaminación relacionados a un ex vertedero, a pozos próximos a cementerios y a áreas agrícolas. Comparando aguas superficiales y subterráneas se observa que su composición química es similar. Las pequeñas diferencias se deben a una mayor concentración de sulfatos y de elementos menores como arsénico y hierro, posiblemente relacionados a procesos naturales como disolución de yeso, presencia de yacimientos mineros y a contaminación antrópica. Con el análisis realizado se puede concluir que la química de las aguas subterráneas se encuentra influenciada por la interacción con el relleno sedimentario y por procesos antrópicos, los que modifican las concentraciones de los componentes químicos.

Ingeniero Civil Industrial / El trabajo de título a realizar consiste en la actualización del modelo hidrogeológico existente, desarrollado por el SERNAGEOMIN (2011), para el acuífero de Copiapó en el tramo entre La Puerta y Angostura, III Región de Atacama. Los recursos subterráneos en este sector han sufrido, en los últimos tiempos importantes descensos sostenidos en sus niveles. Ésto debido a los altos caudales de extracciones en el sector, comparado con la capacidad de recarga del acuífero. Se tienen como objetivos del trabajo complementar el catastro de aguas subterráneas para la cuenca de Copiapó, con la información hidrométrica actual y caudales de demanda entregados por la empresa sanitaria Aguas Chañar y minera Candelaria. Con esto, recalibrar el modelo hidrogeológico para analizar el efecto de futuros proyectos o instalaciones de las entidades recién nombradas, además de los efectos generados por la pérdida de rendimiento de los pozos, en particular los pertenecientes a la empresa sanitaria Aguas Chañar. Para su realización, se revisarán proyectos anteriormente desarrollados para obtener datos y antecedentes del sector. Con un catastro de las demandas para los recursos subterráneos a la fecha, se complementará el modelo hidrogeológico. Se espera obtener un balance más detallado de los recursos hídricos subterráneos del sector en estudio y un modelo que permita simular distintos escenarios para proyectos que se encuentran en discusión, para establecer medidas que permitan enfrentar la situación de escasez, mejorando la gestión de los recursos

Ingeniera Civil / En el último siglo se han presentados alzas sostenidas en las temperaturas medias globales, producto del aumento en la emisión de los gases de efecto invernadero, debido al desarrollo social y consecuente aumento de la población a nivel mundial. Recientemente se han publicado algunos resultados de la fase 5 del proyecto de comparación de modelos acoplados, CMIP5, en el cual se ha instado a que las instituciones mejoren los modelos de circulación global, GCM, y que entreguen no sólo una serie meteorológica temporal, sino un conjunto de series alternativas. Además se han definido escenarios basados en distintas consideraciones de patrones de concentración representativos, RCP, que consideran forzantes radiativas fijas hacia el año 2100. Debido a la importancia del recurso hídrico para el abastecimiento de agua potable en la ciudad de Santiago y a la presencia de variados proyectos hidroeléctricos de centrales de pasada, la zona del río Maipo es considerada vulnerable frente a los cambios climáticos que podrían ocurrir, por lo que se pretende estimar los efectos que estos tendrían en la hidrología de la cuenca alta del Maipo, para el período 2040-2070. Para realizar el estudio, se analizarán los modelos GCM que proveen la información meteorológica para la zona y se contrastarán sus resultados con las observaciones existentes en las estaciones meteorológicas y así seleccionar aquel que se estime más adecuado por mantener en el período de línea base las características climáticas de la región. Se utilizarán los resultados del GCM seleccionado, para proyectar las condiciones climáticas futuras en la zona, para los escenarios extremos. Para realizar el estudio, se analizaron los modelos GCM que proveen la información meteorológica para la zona y se contrastaron sus resultados con las observaciones existentes en las estaciones meteorológicas y así seleccionar aque que se estime más adecuado por mantener en el período de línea base las características climáticas de la región. Se utilizarán los resultados del GCM seleccionado para el escenario RCP 2.6 y RCP 8.5, que corresponden al con menor y mayor nivel de radiación solar respectivamente. Los diez conjuntos de proyecciones de cada escenario se utilizaron como entrada al modelo del software de planificación hidrológica WEAP, con el que se obtuvieron diferentes proyecciones de los recursos hídricos en al menos tres cuencas de la parte alta el río Maipo. Con el resultado de este estudio se espera obtuvo la proyección en la disponibilidad del recurso hídrico en el período antes señalado, las variaciones en la hidrología y la respectiva incertidumbre asociada a cada escenario como también aquella asociada a los escenarios susceptibles de ocurrir. Siendo el cambio más notorio el paso de un régimen netamente nival a uno mixto nivo-pluvial en todas las cuencas.

Ingeniero Civil / El Valle de Azapa concentra la producción agrícola de la Región de Arica y Parinacota. La capacidad de almacenamiento del acuífero de la zona permite sustentar la demanda hídrica entre las temporadas de lluvias que se concentran en los meses de verano y durante periodos de sequía que pueden extenderse por décadas. Es por esto que el acuífero juega un rol de embalse natural de regulación del sistema. Debido al incremento de la demanda hídrica, se estima que el sistema se encuentra cercano a la sobreexplotación en el largo plazo. El principal objetivo de este estudio, es entender como cambios en las precipitaciones, producto del cambio climático, pueden afectar la recarga del acuífero y como distintos escenarios de extracción influyen en el comportamiento del acuífero, para de esta forma determinar la sustentabilidad del sistema en el mediano y largo plazo. La metodología empleada consistió en utilizar el modelo hidrogeológico utilizado por la Dirección General de Aguas del Ministerio de Obras Públicas, proyectando las recargas futuras en función de una correlación de estas con las precipitaciones históricas, bajo escenarios climáticos de reducción de las precipitaciones hasta en un 40% a lo largo de un periodo de 100 años. A esto se suman proyecciones de incremento y reducción de las extracciones en un 10% para analizar la sensibilidad a estos. Los efectos de estos escenarios resultan en una disminución en los caudales de vertientes y afloramientos en el sector bajo, junto con una reducción en el almacenamiento del acuífero, siendo este último cercano a un 23% en el escenario más crítico (40% menos de precipitaciones y 10% más de extracciones), con un efecto focalizado en el sector bajo del acuífero, reduciendo la capacidad real de extracciones.

Ingeniero Civil / El presente Trabajo de Título, se refiere a la elaboración de un Plan de Alerta Temprana (PAT) solicitado por la Dirección General de Aguas (DGA) a la empresa Quiborax S.A., para el aprovechamiento de derechos de aguas de uso consuntivo para un pozo ubicado en el acuífero de la Parte baja del Río Lluta en la comuna de Arica, Región de Arica y Parinacota. Un PAT es un sistema de gestión, que mediante la medición de variables físicas caracteriza la respuesta del sistema acuífero y biótico al ejercicio de derechos de aprovechamiento, verificando que los parámetros de control tomados no se vean alterados. El objetivo del trabajo de título, es establecer las variables a controlar y como efectuar el seguimiento de ellas, contando con los elementos que permitan saber si se están respetando las condiciones impuestas por la DGA para el aprovechamiento de los derechos de agua otorgados y poder formular las medidas de corrección en caso de sobrepasar algún valor de control. La metodología corresponde a una revisión bibliográfica de los estudios realizados en la zona, la revisión crítica de la Guía Metodológica de Elaboración y Gestión de Planes de Alerta Temprana (DGA), una campaña de terreno para determinar las características de la zona, la elaboración de un modelo del acuífero en la zona de extracción y finalmente, elaborar el PAT para el pozo de extracción en estudio. Como resultado se generará la información necesaria para determinar el comportamiento sin explotación del sistema, la definición de las variables de control durante la explotación del acuífero, el establecimiento de niveles de umbrales para cada una de las variables a controlar, junto con las acciones que se deberán tomar en caso que algún nivel de acción, correspondientes a los parámetros de control, sea sobrepasado.

Memoria para optar al título de Geógrafo / Garantizar el acceso de agua potable para las personas es sin duda uno de los desafíos más importantes de este siglo, esta situación requiere de mayor atención en países que se encuentran en vías de desarrollo puesto que estos ya presentan problemas en la gestión de dicho recurso. Al mismo tiempo, la interrogante sobre los recursos hídricos en todo el mundo se verá agravada a través de los efectos del cambio climático, este hecho, sin duda, tendrá fuertes repercusiones socio-territoriales pudiendo gatillar nuevos conflictos por el agua. Evidentemente, este escenario sin las adecuadas precauciones tendrá fuertes impactos en las sociedades actuales y futuras puesto que las catástrofes inducidas por el cambio climático afectan desproporcionadamente a los más vulnerables. Este y otro tipo de cuestionamientos instauran la necesidad de poner a las ciudades en un rol muy importante frente al cambio climático puesto que la planificación estratégica de las ciudades debe ser el canal mediante el cual puedan reducirse los riesgos de las sociedades humanas a sufrir catástrofes inducidas por el cambio climático como la escasez hídrica inducida por sequías. El presente trabajo es un esfuerzo por incentivar mejores prácticas en la gestión hídrica enfocada en los consumidores residenciales, por otra parte, se pretende con este estudio de la demanda doméstica de agua la ciudad de Antofagasta, iniciar estudios para conocer la situación de la demanda hídrica de las ciudades chilenas de climas áridos y así aportar en mejorar la gestión del recurso en ciudades de zonas que podrían verse afectadas por la desertificación como la conurbación Coquimbo-La Serena. En este sentido, se toma la ampliación de la planta la chimba como hito para analizar la demanda doméstica de agua para que en trabajos posteriores se puedan trazar tendencias que permitan predecir la demanda en el futuro, así como influir en la demanda de agua de los consumidores de la ciudad de Antofagasta. Los resultados muestran que la ciudad de Antofagasta presenta tendencias similares a las presentadas en la literatura especializada: el consumo es liderado por el nivel de ingresos, aunque aquí hay matices que destacar; la influencia de la urbanización y la tipología de vivienda es crucial en el consumo doméstico de agua; los grupos familiares más grandes consumen menos agua, entre otros resultados. Las distintas variables estudiadas son integradas en un índice que permite realizar un análisis más acabado de la ciudad con algunos aportes para los estudios de geografía urbana. Para finalizar, el trabajo propone una serie de herramientas (como la reutilización de aguas grises) que pueden aportar en la reducción de la demanda de agua y disminuir la necesidad de nuevas fuentes de agua, mejorando la sustentabilidad del recurso y por lo tanto, reduciendo la posibilidad de sufrir grandes impactos frente al cambio climático en la ciudad de Antofagasta.