Memoria para optar al título de Arquitecto

Ingeniero Civil / Este trabajo se enmarca en la incorporación de los costos asociados al déficit de agua de riego, correspondientes a los embalses Maule y Laja, en la operación de largo plazo del Sistema Eléctrico Nacional, SEN, a través del software AMEBA, desarrollado por la compañía Spec Energy Consulting. El software constituye un conjunto de metodologías, algoritmos computacionales y modelos matemáticos para abordar íntegramente la toma de decisiones en los mercados eléctricos, que se utilizan para asignar la operación de todas las centrales de generación, con la lógica de satisfacer la demanda eléctrica a mínimo costo esperado en el largo plazo, tal como opera el sistema eléctrico chileno. En el marco de lo anterior, se desarrolla una representación de la función de costo de déficit de agua de riego, que sea compatible con la estructura de AMEBA, recurriendo a modelos agroeconómicos como, Positive Mathematical Programming, obteniendo los beneficios marginales de temporada y, por ende, las funciones de beneficio, a partir de las cuales se construye la función de costo asociado al déficit. Luego, se introduce dicha función en AMEBA como una penalización económica al riego no servido. Finalmente, se evalúa el impacto sobre los indicadores de operación del sistema, como la variación de los volúmenes en los embalses Maule y Laja con respecto a la operación puramente eléctrica, el impacto en el precio de la energía, la generación en dichas cuencas y el porcentaje de riego abastecido en relación al otorgado por cada convenio. En conclusión, se propone una nueva política de asignación de agua, la cual otorga mayor flexibilidad al sistema eléctrico al reemplazar los convenios de riego por penalizaciones económicas, considerando su valor tanto en hidroelectricidad como en riego, dándole así un sentido más amplio al agua como recurso.

El proyecto Puntilla del Viento consiste en la construcción de un embalse de regulación que contaría con una capacidad de 85 millones de m3 de capacidad útil y 450 hectáreas aproximadamente de superficie inundada, con una vida útil de 50 años, una inversión de 115 millones de dólares y una mano de obra de 900 personas durante el período de máxima demanda durante su construcción. Su objetivo es favorecer productivamente la Primera y Segunda Sección de riego del río Aconcagua, que incluyen las comunas de Catemu, Panquehue, San Felipe, Santa María, San Esteban, Rinconada, Los Andes y Calle Larga. Este embalse de cabecera se encuentra en etapa de pre-estudio y su construcción significaría la relocalización de entre 300 a 500 familias de las comunas de Los Andes y San Esteban, vecinas a la carretera Camino Internacional. Durante el proceso de pre-estudio las comunidades que se verían afectadas por la construcción del embalse, se han opuesto a que se lleve adelante el proyecto, lo cual generó la preocupación de todos los sectores involucrados. Las comunidades a través de las jornadas de participación ciudadana alegan que “el embalse es inseguro, inundará nuestras casas, y terminará con lugares de valor arqueológico e histórico – patrimonial”. La construcción de un embalse siempre generará necesariamente un impacto sobre el medio ambiente, al desaparecer de forma irreversible bajo sus aguas una porción de territorio, en la mayor parte de los casos bastante extensa. Este impacto será mayor o menor, dependiendo de las áreas que van a ser cubiertas, restos de interés histórico-arqueológico, bosques, suelos de interés agrícola, asentamientos humanos, etcétera. Por otra parte, no cabe duda de que los embalses son necesarios en muchos aspectos para que se pueda llevar a cabo la actividad humana. Este trabajo consiste en un análisis predictivo del impacto sobre el territorio que generaría la construcción e instalación del embalse Puntilla del Viento.

Ingeniero Civil / La empresa Colbún S.A. está estudiando el proyecto Guaiquivilo-Melado, consistente en la instalación de siete centrales hidroeléctricas emplazadas en los ríos Guaiquivilo y Melado, pertenecientes a la Provincia de Linares, Región del Maule. La obra principal del proyecto corresponde a la construcción del Embalse Guaiquivilo, el cual actúa como embalse de cabecera regulando los caudales de cinco de las siete centrales proyectadas. El objetivo principal del presente trabajo es disponer de una herramienta de modelación que permita el análisis de las variables de diseño del proyecto desde el punto de vista de los ingresos por generación energética. Además, se desea extraer una regla de operación para el embalse a nivel mensual. Para esto se ha desarrollado un modelo de programación dinámica del sistema. La elaboración del modelo planteado se realizó mediante una simulación del sistema Guaiquivilo-Melado, en el cual se incluyeron diversas restricciones. La totalidad de los parámetros y variables se consideraron a escala mensual. La programación dinámica obtiene la operación óptima del embalse para ciertos parámetros de diseño de las obras, y una determinada serie de caudales de entrada. Su función objetivo es maximizar los ingresos por concepto de energía generada, sin considerar costos. Con el fin de tratar el problema de la incertidumbre hidrológica en el sistema, se generaron 100 series de caudales alternativas a la histórica. La serie de caudales registrados está basada en datos de tres estaciones fluviométricas, por lo que la generación sintética realizó con un modelo multivariado VARMA, basado en la formulación de Box-Jenkins. De esta forma, el resultado del modelo de programación dinámica corresponde al promedio de los resultados obtenidos con cada una de las series de caudales. Para obtener la regla de operación del embalse Guaiquivilo, se promediaron las entregas de caudales determinadas por la programación dinámica, considerando tres factores: mes del año, nivel de almacenamiento y rango de caudal medio afluente al embalse. Así se ajustaron diversas regresiones obteniéndose curvas mensuales de operación. El análisis de las variables de diseño del proyecto se realizó mediante la comparación de las respuestas del modelo ante cambios en sus parámetros de diseño, partiendo desde una condición base. De acuerdo a los resultados, los mayores ingresos que otorga la regulación del embalse indican que es conveniente construir la presa del mayor tamaño posible, restringida a las limitaciones físicas propias del sitio donde se emplazaría. Para las centrales que poseen regulación de caudales desde el embalse Guaiquivilo, se determinaron rangos de caudales de diseño en los que podrían encontrarse los óptimos. Mediante la determinación de curvas de costos se podría obtener fácilmente valores óptimos de diseño de las obras.

Ingeniera Civil / En Chile, para la planificación de un embalse de riego se realiza la modelación del proyecto con la finalidad de definir el área a cultivar dada una distribución. A esta área se le debe asegurar una 85% de seguridad de riego. La seguridad de riego es un criterio particular de confiabilidad de suministro hídrico, que posee su propia definición de falla. Las entregas del embalse, con las que se calcula la seguridad de riego, se definen por la regla de operación estándar. El inconveniente de aplicar el indicador de seguridad de riego es que es conservador en cuanto a los déficits que permite y no se adapta a los diferentes tipos de cultivo. Es por esto que se estudia la definición de seguridad de riego como criterio, en contexto con el desempeño económico del embalse. En el presente estudio, para evaluar la seguridad de riego se utilizan los conceptos de magnitud de falla, frecuencia de falla y daño asociado considerado como el beneficio no obtenido. A las entregas del embalse se les asigna un beneficio económico, ligado a los cultivos en producción a partir de una curva de demanda de agua de riego. El beneficio agrícola no se comporta de manera lineal por lo que, dependiendo de la magnitud de los déficits respecto a la demanda hídrica de los cultivos, se obtienen diferentes beneficios. Para evaluar cómo se relaciona la seguridad de riego con la distribución de los beneficios se simulan series sintéticas de caudales mensuales en un modelo operacional. Se opera el modelo para dos situaciones, una con regla de operación estándar y otra bajo una regla con Hedging de dos puntos, la cual induce déficits pequeños en el tiempo presente para evitar déficits más severos en el futuro. Posteriormente, se evalúan las series de entregas resultantes del modelo según indicadores de desempeño y se estiman el daño económico asociados. Se aplica el modelo al embalse en proceso de licitación, Las Palmas, ubicado en la Región de Valparaíso. Se proyecta que este embalse sea lateral por lo que también se consideran nodos de balance fuera de éste. Finalmente, se concluye que la seguridad de riego no es un criterio que pueda ligarse directamente con el parámetro económico, ya que para un valor dado de seguridad de riego se presentan diferentes niveles de daño. También, se concluye que los factores que influyen son la frecuencia de falla, la magnitud de falla y la definición de falla utilizada. Distintas configuraciones entre frecuencias de déficits y magnitud de éstos logran equiparar el efecto económico. La seguridad de riego no contempla este efecto y busca asegurar casi la totalidad de la demanda hídrica con una frecuencia fija. Se concluye que una mejora a la definición sería flexibilizarla.

Esta memoria está motivada en la ley 20:304 “Sobre operación de embalses frente a alertas y emergencias de crecidas y otras medidas que indica". Esta Ley surge como respuesta del Poder Ejecutivo a las grandes inundaciones provocadas por el río Bío-Bío en el año 2006. La creación de esta Ley implicará la asignación de algunos embalses como \embalses de control" los cuales tendrán la misión de ayudar a controlar las crecidas producidas en su cuenca. Este nuevo objetivo de los embalses impondrá una nueva forma de operarlos frente los eventos de crecida. Esta nueva ley crea un nuevo escenario en las cuencas donde existan embalses de control, ya que la operación de los embalses conforme al nuevo manual de operación, aprobado por la DGA, eximirá de toda responsabilidad a los propietarios de los embalses frente a los destrozos generados por las inundaciones aguas abajo. De la misma manera, una operación del embalse que no cumpla lo reglamentado por el manual será motivo de sanción al operador del embalse. Otro escenario generado por la creación de la ley corresponde a cuando se decreta una alerta de crecida, el operador del embalse opera conforme a lo establecido por el manual y el resultado de la crecida real es menor a la pronosticada. Esta situación genera pérdidas del volumen embalsado. Estas pérdidas deberán ser asumidas por el Fisco. Debido a que la ley modifica la operación de los embalses de control frente los eventos de crecida se creó un modelo de rastreo de crecidas que fuera capaz de independizar el efecto de la operación del embalse en el resto de la cuenca. Para así poder evaluar fidedignamente el impacto de la ley. Además se utilizaron metodologías de evaluación económica, tanto para los volúmenes de agua perdidos en los embalses y de los beneficios generados por la disminución de la inundación, para poder comparar el resultado de los distintos escenarios encontrados por las modificaciones en la operación del embalse estudiadas. Todas las metodologías, resultados y conclusiones están en la presente memoria.

En la cuenca del río Elqui, región de Coquimbo, están ubicados los Embalses La Laguna y Puclaro. Recientemente en el año 2008 al embalse Puclaro se le integró la central hidroeléctrica del mismo nombre concebida como central de pasada, manteniéndose las decisiones de operación del embalse dominadas por el uso del agua para riego. El esquema de operación actual, considerado como conservador, apunta principalmente a tener los embalses, La Laguna y Puclaro, llenos al inicio de la temporada de riego. Tal esquema resulta a menudo en vertimientos desde los embalses durante la época de deshielo, con la consiguiente pérdida de energía generable. El objetivo del presente trabajo es explorar posibles mejoras de la operación actual de los sistemas de control de aguas en la cuenca del río Elqui que no solamente consideren el uso del agua en riego, sino que también la generación hidroeléctrica. Específicamente, se busca un esquema de operación que permita incrementar la generación eléctrica sin perjuicio de la producción agrícola. Se desarrolló una herramienta capaz de proponer una política y secuencia de operación que maximiza la producción eléctrica considerando las demandas de riego. Se utilizó el programa computacional de modelamiento algebraico GAMS para modelar el sistema y optimizar la operación en base a un pronóstico de caudales afluentes a la cuenca. La herramienta desarrollada utiliza dos modelos acoplados, donde el primero de ellos, denominado Modelo de Valor Futuro del Agua Embalsada entrega, mediante el método Value iteration (programación dinámica), entrega una aproximación de las funciones de valor futuro del agua embalsada. Los resultados de este primer modelo son utilizados por el segundo modelo, de Re-optimización, el que tiene el objetivo de generar una secuencia óptima de operación en el periodo de simulación, a partir de un pronóstico de caudales afluentes a la cuenca y las funciones de valor futuro. El análisis de los resultados obtenidos permite concluir que se desarrolló una herramienta de apoyo a la toma de decisiones que optimiza el recurso hídrico disponible en la cuenca y se espera que el trabajo realizado sea un aporte real al mejoramiento de la operación de los sistemas de control de aguas en la cuenca del río Elqui. Los modelos generados en este trabajo están ajustados para ser utilizados en la cuenca del río Elqui. Sin embargo, pueden ser implementados en otras cuencas que posean uno o más embalses y centrales hidroeléctricas, y que además no necesariamente tengan como objetivo principal suplir las demandas de riego.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / Instalar instrumentación que permita desarrollar estudios sísmicos tendientes a determinar la caracterización de la respuesta sísmica, es fundamental en proyectos de obras de tierra. El importante sismo ocurrido el 27 de Febrero de 2010 en la zona centro sur de Chile, entregó información relevante del comportamiento dinámico de la presa principal del embalse Convento Viejo a través de la instrumentación que registró distintas variables del comportamiento sísmico. En el presente trabajo se analizaron las mediciones piezométricas a lo largo del tiempo de funcionamiento de la presa, con el fin de conocer el efecto que generó el terremoto en las presiones de poros medidas. Además, se analizaron los registros de aceleraciones para determinar el período fundamental de la presa para el sismo del 27 de Febrero y compararlo con los obtenidos para un sismo anterior y posterior a éste. Los resultados obtenidos revelan que a pesar de los significativos cambios de los niveles piezométricos durante el sismo del 27 de Febrero, el comportamiento de los piezómetros es estable y similar antes y post terremoto. Los períodos fundamentales determinados a partir del procesamiento de los registros de aceleraciones, indican que la presa sufrió cambios, ya que los parámetros de deformación deben disminuirse para reproducir el período fundamental determinado para el sismo del 27 de Febrero. Sin embargo, el análisis numérico de estabilidad dinámica indica que la presa tiene un comportamiento sísmicamente estable para el sismo del 27 de Febrero, no presentando deformaciones mayores a 7 cm.\n \nTeniendo en cuenta la excelente instrumentación instalada en la presa, se recomienda fuertemente implementar un programa semestral de análisis global de los datos instrumentales obtenidos, que permitan un seguimiento continuo en el tiempo del comportamiento global de la presa.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniero Civil / En las últimas décadas se ha observado a nivel mundial un calentamiento global que en Chile Central tiende a +2.8°C/siglo. Las implicancias de este incremento de temperatura, se traducen en una disminución de los cuerpos glaciares y nieves, lo que por un lado afecta la disponibilidad del recurso hídrico para las actividades humanas y por otro lado genera que un aumento de las áreas sobre las que cae precipitación líquida. Estudios mundiales de cambio climático han pronosticado potenciales aumentos en intensidades de precipitación, aún en zonas donde la lluvia anual disminuya en el tiempo. Teniendo entonces lluvias más intensas y temperaturas más elevadas, las grandes obras hidráulicas serían vulnerables ante posibles proyecciones de cambio climático. En la determinación de los caudales de diseño realizados en la actualidad, para cuencas de régimen hidrológico mixto, se suelen construir hidrogramas unitarios, con los que se generan crecidas más severas a las históricas al aplicarle los efectos de tormentas de periodos de retorno mayores, sin embargo, el supuesto de un hidrograma unitario único en estos sistemas, deja de lado el hecho que la severidad de una crecida no solo depende de la intensidad de la lluvia de diseño, sino que además de la temperatura a la que esta ocurre. Debido a que la mayoría de las grandes obras hidráulicas en Chile se diseñan para eventos de periodo de retorno (T) de 1000 a 10 000 años, verificando en algunos casos para la Crecida Máxima Probable (CMP), se analizan en este estudio los efectos de los escenarios climáticos A2 y B1 (2045-2065) en la Precipitación Máxima Probable (PMP) determinada estadísticamente en las regiones de Coquimbo y Maule, e hidrometeorológicamente en la Cuenca Puclaro. Se estudian además las tendencias de las estaciones pluviométricas de mayor registro cercanas a los embalses Puclaro y Colbún con 10 modelos de circulación general de la atmósfera para los eventos de 24 hrs de 1000 y 10 000 años de periodo de retorno. En el caso de las crecidas, se estudia como evolucionarían los eventos de origen pluvial de T= 1000 y 10 000 años y la CMP. Los resultados muestran que para las cuencas Puclaro y Colbún se proyectan los incrementos más severos de precipitación de 20% y 30% respectivamente, siendo estos aumentos mayores al nivel regional en las zonas de mayor elevación. En el caso del embalse Puclaro se proyectan los incrementos más severos de 85% y 81% en las crecidas de 1000 y 10000 años, mientras que la CMP proyecta incrementos de hasta 175.5% para el escenario A2 en el mismo embalse. Todos estos resultados, que además incluyen un análisis de incertidumbre estadística, proyectan que existe una vulnerabilidad en los embalses Puclaro y Colbún frente a escenarios de cambio climático, siendo estos resultados generalizables a regiones de similares proyecciones climáticas y régimen hidrológico mixto.