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.

Memoria para optar al título de Geógrafo

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Eléctrica / Proyecciones del Banco Mundial y la Agencia Internacional de Energía estiman un aumento de la población, de la demanda de energía y del consumo de agua hacia el año 2040. El impacto del cambio climático modificará la disponibilidad de recursos hídricos en América Latina. Esto último repercute directamente en la hidroelectricidad, que representó el 56% de la producción total de energía de América Latina en el año 2015, y en la agricultura, la cual es una actividad económica clave en la región y un usuario intensivo de la tierra, agua y energía. La relevancia del nexo Agua-Energía es ampliamente reconocida, pero de los modelos y análisis disponibles no existe ninguno que optimice la operación y planificación del nexo e incluya a su vez todas las dimensiones de esta interdependencia. Tampoco se han considerado sistemas transfronterizos, siendo lo más extenso territorialmente la aplicación a nivel país. Por medio de una adaptación de la función objetivo y restricciones, e incorporación de nuevas restricciones al modelo de optimización, se estima e integra el costo de riego no suministrado, a un modelo de coordinación hidrotérmica, dada la importancia del uso del agua en la agricultura. A partir de la validación del modelo para un caso base, se presenta el estudio de América Latina continental a través de un sistema interconectado regional. Se analizan 13 escenarios con el fin de capturar las dinámicas y acoplamientos entre los sistemas eléctricos de potencia y el uso del recurso agua en el año 2040. Los escenarios considerados reflejan los impactos proyectados del cambio climático según las trayectorias de concentración representativas, el uso de sistemas de almacenamiento, la gestión de la demanda eléctrica y un mayor desarrollo de energía solar. Los escenarios de planificación al año 2040 son construídos con el apoyo de una herramienta de planificación centralizada. Así, los resultados obtenidos muestran que la consideración de una matriz con mayor penetración solar aumenta el costo de operación total del sistema, lo que no implica una disminución del riego abastecido, en un contexto sin rivalidad entre hidroelectricidad y riego. Bajo un escenario de rivalidad entre ambos usos y alta penetración de energía solar, se disminuye drásticamente el abastecimiento de riego, producto del uso del agua embalsada como sistema de flexibilidad a bajo costo, para gestionar la variabilidad del recurso solar. El modelo de co-optimización propuesto y el análisis del caso de estudio, proporcionan una herramienta de apoyo al momento de querer conocer el efecto que tendrían las decisiones tomadas hacia el año 2040 por los diferentes actores del sistema, tanto en el sistema eléctrico como en los recursos hídricos. Todo esto, bajo el supuesto de una operación centralizada e integrada a nivel continental, y en un contexto donde se afirma que operar y planificar de manera independiente no es coherente en el futuro que se proyecta. Se propone como trabajo futuro estudiar nuevos escenarios, complejizar el modelo en otros aspectos como restricciones de pre-despacho y/o alteración hidrológica, expandir esta herramienta a la planificación y que se implemente este modelo con diferentes combinaciones de ubicación de bocatomas de riego, dada la importancia que tiene en el cumplimiento de los requerimientos de riego. / CONICYT N°22170803

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / 06/07/2020

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / El presente trabajo incorpora el efecto no estacionario en el análisis de series hidrometeorológicas de precipitación mensual y extrema diaria, además de temperatura media mensual. Este efecto se considera para el desarrollo de una metodología estadística de corrección de sesgo para Modelos de Circulación General, como también en un análisis de frecuencia dinámico, basado en distribuciones de probabilidad condicionada. En un comienzo, se realiza un análisis de tendencias en las series hidrometeorológicas, incluyendo diferentes métodos para cuantificarla. Para la metodología propuesta de corrección de sesgo, se elige un GCM apropiado para el análisis, incorporando indicadores que logren cuantificar el efecto no estacionario. Luego, se propone un método basado en curvas adimensionales y tendencias observadas para corregir los datos desde los modelos y realizar una proyección en un futuro cercano (2020-2049), bajo el escenario RCP 8.5. La metodología se aplica para series de precipitaciones semestrales y temperaturas medias mensuales. Por otro lado, para las series de precipitaciones extremas, la no estacionareidad se incorpora en un análisis de frecuencia basado en distribuciones GEV, donde se incluyen dos tipos de covariables: (i) adoptadas en base a variables dinámicas, explorando teleconexiones entre los extremos y fenómenos de circulación general atmosférica, y (ii) modeladas como tendencias determinísticas lineales, dependientes del tiempo. Los resultados muestran, en líneas generales, tendencias a la baja para las series de precipitación semestral (-0,4 a -2,7 mm/año) y al alza para series de temperatura media mensual (0,01 a 0,1 °C/dec). Para el caso de las precipitaciones extremas, se distinguen tendencias levemente a la baja (-0,1 mm/año) en las medias, con una marcada tendencia al alza en la varianza de las series (hasta 0,2 mm/año). Con respecto a la metodología de corrección de sesgo, se obtienen proyecciones futuras con diferencias en medias de hasta 1,5 °C y 20% con respecto a la metodología de función de transferencia estacionaria, para series de temperatura y precipitación, respectivamente. La metodología propuesta logra cuantificar bien los diferentes cambios estacionales de invierno y verano. Para el análisis de extremos, se identifican dos zonas homogéneas en Chile Central: una zona norte, bien correlacionada con el fenómeno de El Niño (ρ=0.49) y una zona sur, relacionada con otros fenómenos de circulación atmosférica (vientos y presiones). Con respecto al análisis de frecuencia con tendencia lineal como covariable, se observa un incremento futuro de hasta 43% en los valores de precipitación asociados a periodos de retorno de 100 años. La conclusión sugiere que los resultados cambian al incorporar el enfoque no estacionario en el análisis de las series. Este enfoque resulta ser necesario para el trabajo con este tipo de datos, al menos para tener una discusión robusta de la incertidumbre.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Eventos como la megasequía ocurrida en el último tiempo en Chile se explican, en parte, por el cambio climático antrópico, por lo que se estima que acontecimientos de esa magnitud continúen ocurriendo en el futuro. La generación hidroeléctrica es una de las actividades perjudicadas por este suceso, debido a la disminución de los caudales afluentes a las centrales. Es por ello que el presente trabajo busca incorporar eventos como la megasequía ocurrida en el país, en la planificación del Sistema Eléctrico Nacional. Actualmente el Sistema Eléctrico Nacional define la operación de mediado plazo de los embalses del sistema considerando un conjunto de escenarios obtenidos a partir de la hidrología histórica, y por ende no consideran efectos del cambio climático antrópico que tienden a hacer más recurrentes eventos extremos como la megasequía ocurrida en el país. Es por ello que se define una nueva regla para la planificación del agua embalsada del sistema, (mediante la función de costo futuro, FCF) obtenida a partir del software AMEBA, la cual considera, dentro del cálculo de la FCF, escenarios hidrológicos sintéticos que poseen tendencias más conservadoras con respecto a la disponibilidad de agua. Luego de planificar el sistema, tanto con la metodología actual (caudales históricos) como con esta nueva FCF (caudales sintéticos), la operación futura es simulada bajo diferentes eventos de megasequía. Además, se simulan posibles escenarios hidrológicos futuros de diferentes características, para determinar el comportamiento de la nueva regla de operación. Todo esto se realiza utilizando dos metodologías de utilización de la FCF, una que toma los promedios de los escenarios (Average) y otra que utiliza el máximo de éstos (Max). Los resultados obtenidos se presentan en función de los indicadores de volumen embalsado, generación hidroeléctrica, costo marginal y costo total de generación, en donde se comparan tanto las metodologías de FCF, como la diferencia entre la regla de operación histórica y la sintética generada. En particular, con metodología Average, se observa que la FCF sintética se comporta mejor en los escenarios de megasequía. Existe un ahorro de 33 MMUSD en el horizonte de evaluación con respecto a la FCF histórica, si se simula la megasequía histórica con registro entre 2010-2014, además se evitan periodos con generación hidroeléctrica baja, que son suplidas con energía térmica más costosa y contaminante.

Memoria para optar al título de Geólogo / El presente trabajo corresponde al estudio hidrogeológico realizado en la cuenca del lago Villarrica, en la región de La Araucanía, durante el año 2018, en el marco del desarrollo de los antecedentes técnicos para el plan de descontaminación de dicho lago. Este plan se inicia debido a los crecientes problemas de eutrofización que este lago presenta, debido al exceso de nutrientes. Esto se expresa en proliferaciones algales, que disminuyen la calidad de las aguas y traen problemas estéticos al lago y posiblemente de salud. Las proliferaciones algales no dependen sólo de los aportes de nutrientes, sino que factores climáticos también tienen una alta influencia. Sin embargo, la dependencia de los organismos del fósforo podría ayudar a determinar a este elemento como limitante para el crecimiento de las algas. El trabajo se basa en el análisis de 35 muestras de agua, 24 superficiales y 11 subterráneas, para comprender los procesos fisicoquímicos de los recursos hídricos que alimentan al lago Villarrica. Los resultados muestran aguas bicarbonatadas de buena calidad, tanto para consumo como para riego, debido a su baja mineralización, evidenciada en la concentración de sólidos disueltos (92 mg/L en promedio), la baja conductividad (80 µS/cm en promedio) y un pH cercano a neutro, variando entre 6.22 y 8.92. La química de las aguas es bastante homogénea, ya que todas son bicarbonatadas mixtas. Esto junto a la alta transmisividad de la zona (963 m2/día en promedio) permite inferir que las aguas superficiales y subterráneas están estrechamente relacionadas, y que los tiempos de residencia de las aguas en la cuenca probablemente sean cortos. Se requieren más estudios aún, pero en base a las estimaciones de aportes de fosfato y nitrato de este trabajo hay una posibilidad de que los aportes a través de aguas subterráneas sean significativos. Los resultados del análisis de componentes principales de las muestras indican que hay tres principales grupos: el primero relacionado a la interacción roca-agua, el segundo con el material volcánico de la zona, y el tercero con los aportes de nitrato. Se requieren más análisis, principalmente isotópicos, que puedan indicar con mayor seguridad las fuentes de los aportes de nutrientes.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Ingeniero Civil / La representación del ciclo hidrológico es, hasta el día de hoy, difícil de modelar producto de diversos desafíos entre los que se encuentran la heterogeneidad de la cuenca, la representación de procesos físicos, las observaciones disponibles, la incertidumbre en las forzantes del modelo y la incertidumbre estructural, entre otros. Sin embargo, en los últimos años se ha puesto a dis-posición de la comunidad diversos productos e imágenes satelitales que buscan aumentar la disponibilidad de información mediante percepción remota. Algunas de las variables hidroló-gicas de interés que hay disponibles son la fracción de área cubierta por nieve, la humedad de suelo, la evapotranspiración, el equivalente en agua de nieve, índices de vegetación, precipita-ción, temperatura del suelo y el albedo. En este trabajo se busca incorporar información de percepción remota para analizar si su inclusión mejora la modelación hidrológica tradicional que se basa, principalmente, en el contraste de caudales modelados con los observados. La zona de estudio corresponde a tres sub-cuencas del río Elqui, en la Región de Coquimbo, que están definidas por estaciones fluviométricas pertenecientes a la DGA: río Cochiguaz en el Peñón, estero Derecho en Alcohuaz y río Toro antes junta río La Laguna. En estas cuencas se intenta (1) estimar los caudales usando el modelo CRHM (Cold Regions Hydrological Model) considerando que no existe información fluviométrica, bajo la hipótesis que es posible estimar el caudal de manera razonable si se calibran parámetros asociados a otros procesos del ciclo hidrológico, (2) calibrar el modelo usando sólo caudales y (3) incorporar la información de percepción remota junto con la fluviométrica para representar el ciclo hidrológico. Todo esto a una escala temporal horaria, con forzantes que se construyen a partir de información de la red meteorológica DGA en conjunto con la red CEAZA. Los resultados muestran que estimar la escorrentía en cuencas sin información fluvio-métrica sigue siendo un desafío, pues los caudales estimados a partir de la calibración de otros procesos entregan, para distintos sets de parámetros, índices NSE que, en promedio, son 0,56, 0,26 y -0,29 para Cochiguaz, Derecho y Toro respectivamente. No obstante, la modelación que considera percepción remota y caudales mejora los índices de 0,74 a 0,89 y de 0,75 a 0,8 para las cuencas Cochiguaz y Derecho respectivamente. En el caso del río Toro, el NSE se mantiene en 0,74.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Ingeniero Civil / En regiones áridas el agua subterránea constituye la principal fuente de agua para distintos usos. Teniendo en cuenta que la recarga principal de los acuíferos aluviales se origina durante eventos esporádicos de inundación que pueden ocurrir cada periodos secos prolongados sin ninguna recarga, es importante comprender la interacción entre el agua superficial y subterránea durante y después de dichos eventos para evaluar las tasas de recarga, gestionar y planificar de forma óptima el uso de los limitados recursos hídricos. La infiltración está controlada temporal y espacialmente por las fluctuaciones de la altura de escurrimiento, que junto a las propiedades de retención y condición de humedad del suelo determinan el gradiente hidráulico en la interface agua-sedimento y el volumen disponible para recargar. Por otro lado, en zonas áridas el espesor de la zona no saturada es típicamente grande, por lo que puede pasar un tiempo largo entre que ocurre la infiltración y se recarga el acuífero. Hoy en día, la medición in-situ de estos factores y la estimación espacio temporal de la recarga siguen siendo un desafío. Esto motiva la aplicación de un modelo totalmente acoplado de flujo superficial-subsuperficial basado en procesos físicos para estudiar los mecanismos de recarga durante y después de un evento extremo de inundación registrado en un valle aluvial del norte de Chile. El modelo calibrado para reproducir la tendencia general de los niveles de agua subterránea y caudal superficial observado permite investigar la magnitud y distribución temporal y espacial de la recarga del sistema, la cual se estimó en un 41\% del volumen de la crecida. Considerando diferentes parámetros superficiales y subterráneos, y diferentes condiciones iniciales de saturación se identifican variables y mecanismos que controlan la recarga originada por eventos extremos de inundación en el valle, y se extiende la discusión para mejoras en la aplicación de este tipo de modelos en sistemas hidrológicos similares, los cuales son comunes a otras regiones áridas del mundo.

Memoria para optar al título de Geólogo / El presente trabajo se enmarca en el estudio de la disponibilidad de recursos hídricos en una de las cuencas de cabecera del río Maipo, cuyas aguas tributan al embalse El Yeso. Mediante la medición de trazadores naturales y propiedades hidrogeoquímicas del agua, específicamente isótopos estables, iones y conductividad eléctrica, se pretende estudiar los aportes hídricos de glaciares a la escorrentía, así como también de otros reservorios, durante una temporada de deshielo, y, de esta manera, aumentar el conocimiento de las dinámicas hidrológicas que ocurren en un sistema de alta montaña. La cuenca estudiada tiene punto de salida en el sector de Termas del Plomo en el río Yeso (lat. 33°36 , long. 69°54 ), y alberga 4 glaciares de distinto tipo: los glaciares Bello y Yeso, que corresponden a glaciares descubiertos o blancos, el glaciar Pirámide que es un glaciar cubierto de detritos y el glaciar D-073 que es un glaciar rocoso. Se estudiaron las variaciones espaciales y temporales de los trazadores considerados y se implementaron modelos de mezcla basados en miembros extremos usando distintos trazadores. A partir de lo anterior, se realizó la separación del hidrograma registrado en una estación fluviométrica instalada en el punto de salida de la cuenca, según los aportes directos de glaciares, los aportes directos de nieve y los aportes de agua con procesos interacción con las unidades geológicas. Los resultados indican que en la cuenca dominan las aguas que han sufrido procesos de interacción agua-roca, las cuales comprenden en gran parte los aportes de la cuenca del glaciar Pirámide y los aportes de aguas provenientes de depósitos morrénicos del valle de los glaciares Bello y Yeso. Son seguidos por las contribuciones directas de glaciares, las cuales corresponden en gran medida a los aportes de glaciares descubiertos. Finalmente, la fracción menor, corresponde a aportes directos de derretimiento de nieve, es decir, que se incorpora rápidamente a la escorrentía, sin interactuar con las unidades geológicas. El glaciar D-073 no presentó aportes de escorrentía superficial en las fechas en que fue monitoreado.