Geóloga / En este trabajo se analiza la composición química de la fracción fina (<180µm) de 126 muestras de sedimento fluvial tomadas en los drenajes principales de la cuenca del río Elqui. Para ello se dispone de las concentraciones de 59 elementos químicos, óxidos mayores y elementos traza (de interés económico y ambiental). A partir del análisis de estos datos, se logra dividir la cuenca en cinco zonas geográficas con signaturas geoquímicas bien diferenciadas: Zona 1: Rocas intrusivas y volcano-sedimentarias del Paleozoico, con altas concentraciones de Ctotal, Cd, K2O, SiO2, Sn, entre otros. Controlada principalmente por litología, presencia de materia orgánica, mineralización de Sn y limitada por la falla Vicuña. Zona 2: Ríos Seco, Toro, Turbio y Elqui al este del embalse Puclaro, con altas concentraciones de As, Cu, Stotal, entre otros. Controlada principalmente por alteración hidrotermal y/o actividad minera, depósitos lacustres del Holoceno y limitada por el embalse Puclaro. Zona 3: Rocas volcano-sedimentarias del Cretácico, con altas concentraciones de Al2O3, CaO, MgO, Fe2O3, MnO. Controlada principalmente por mineralización de Fe y Mn, litología, geomorfología e hidrodinámica y limitada por la falla Vicuña. Zona 4: Quebrada Arrayán, con altas concentraciones de Au, Hg, Stotal. Controlada principalmente por mineralización de oro y mercurio en el distrito Andacollo, depósitos de placeres en la quebrada Arrayán y actividad minera, como la utilización histórica de mercurio en la amalgamación de oro. Zona 5: Parte baja de quebrada Marquesa, con altas concentraciones de Ag, Pb, Ba, Hg. Controlada principalmente por mineralización en los distritos Arqueros y Talcuna, y actividad minera. Así, se lograron determinar seis factores de control preponderantes en la geoquímica regional de los sedimentos fluviales de la cuenca del río Elqui: 1. Litología paleozoica intrusiva al este de la Falla Vicuña; 2. Litología cretácica volcano-sedimentaria al oeste de la Falla Vicuña; 3. Zonas de alteración hidrotermal y/o actividad minera en los distritos El Indio-Tambo, Carmen de Río Seco, Andacollo, Arqueros y Talcuna; 4. Geomorfología e hidrodinámica; 5. Falla Vicuña, como límite para las características geoquímicas globales de la cuenca; y 6. Embalse Puclaro, trampa para los sedimentos tóxicos provenientes de la parte alta de la cuenca, evitando que gran parte de estos lleguen a la desembocadura del río Elqui en la ciudad de La Serena. En el río Turbio se encuentra que las concentraciones de As y Cu están sobre el estándar internacional PEC, considerándose estos sedimentos como tóxicos según este parámetro. Sin embargo, hace falta realizar estudios más detallados para determinar la toxicidad de estos sedimentos sobre el ecosistema particular de la cuenca del Elqui. En torno a la confluencia de los ríos Toro y La Laguna, además de las muestras de sedimento fluvial actual, se obtienen muestras de sedimento de terrazas fluviales. Se comparan sus concentraciones químicas con los sedimentos fluviales actuales. Se observa una disminución de las concentraciones de: Hg, Au, Ag y Pb, y un aumento en las concentraciones de: Zn, Cu, As y Stotal. Estas variaciones se pueden atribuir a dos factores: 1. La introducción de sedimentos ricos en arsénico, yeso y arcillas provenientes de la erosión de los depósitos lacustres colgados del Holoceno, a lo largo del río Turbio; y 2. Aumento del volumen de detritos en las zonas de alteración neógenas producto de la intensa actividad minera llevada a cabo en los distritos El Indio-Tambo y Carmen de Río Seco. Para determinar si uno o ambos factores influyen en este cambio de concentraciones, se hace necesario realizar dataciones absolutas o relativas de las terrazas fluviales muestreadas.

Geólogo / El objetivo de este trabajo es establecer correlaciones entre composición geoquímica, composición mineral y características espectrales de muestras de sedimentos fluviales de la cuenca del río Elqui, IV Región, Chile. Para lo anterior se obtienen datos de espectrometría de reflectancia, en el rango visible-infrarrojo cercano (350-2500 nm), desde ochenta muestras de sedimento, distribuidas a lo largo de las principales redes de drenaje de la cuenca. La medición se efectúa en condiciones de laboratorio, utilizando distintas fracciones granulométricas obtenidas a partir del tamizaje de las muestras. El conjunto de datos espectrales es analizado utilizando redes neuronales artificiales (RNA). Como resultado de este análisis se identifican seis grupos de muestras, cada uno con características espectrales distintivas. La proyección geógráfica de estos resultados indica que, en términos generales, es posible identificar patrones espectrales específicos para los afluentes principales dentro de la cuenca. En particular, en el río Turbio y sus afluentes, se observa una marcada coincidencia entre las distribuciones geográficas de los patrones espectrales y geoquímicos, caracterizados por presentar altos valores de Arsénico (As). Concordantemente, el estudio mineralógico de los sedimentos de este sector indica la presencia de Arsenolita (As2O3) como mineral característico. Por otra parte, se han desarrollado modelos de regresión que permiten conocer la concentración química de ciertos elementos, con cierto margen de error, por medio del uso de RNA o de mínimos cuadrados parciales, sobre datos de reflectancia. En este caso se ha usado la fracción granolumétrica < 180 µm y los datos espectrales se han estandarizado por medio de su primera derivada. El mejor resultado corresponde a Uranio, con una precisión estadística R2 de ~0.83 y un error cuadrático medio igual a ~0.01, sobre diez muestras de validación. La conjunción de estos resultados con el uso de sensores remotos, permite plantear las bases de una nueva metodología de exploración geoquímica, mediante la cual sería posible estudiar y caracterizar sedimentos en términos espectrales, geoquímicos y mineralógicos, in situ, con bajos costos en tiempo y capital.

Para realizar un análisis de frecuencia de caudales máximos es necesario disponer de largos períodos de registros; sin embargo, muchos ríos de la vertiente peruana del Pacífico no cuentan con información suficiente para lograr una adecuada confiabilidad. Con el fin de aumentar la fiabilidad de las estimaciones, se aplicaron métodos regionales que permitieron modelar las funciones de distribución de frecuencia de las cuencas que disponen de información razonable y dividir la vertiente en tres regiones: zona norte, zona centro y zona sur. Los resultados de la regionalización podrán ser extrapolados a cuencas que carezcan de información hidrométrica suficiente. Para el análisis de frecuencia se utilizaron los modelos probabilísticos Normal, Log-Normal, Extrema tipo I, Pearson III y Log-Pearson III y las series anuales de caudales diarios máximos de treinta y tres (33) estaciones hidrométricas. Se usó el método de la crecida índice para comprobar la homogeneidad hidrológica de las tres regiones establecidas, habiéndose obtenido para cada región la curva de frecuencia compuesta y la relación entre el valor medio anual (Q2,33) y el parámetro geomorfológico de mejor ajuste. Los resultados obtenidos del análisis de frecuencia, basados en el test de Kolmogorov-Smirnov, coeficiente de correlación y métodos gráficos, indican que los modelos que se adaptan al análisis son la distribución extrema tipo I (Gumbel) y la función de Log Pearson III; sin embargo, se recomienda utilizar como modelo estándar la función de Gumbel I. / To carry out a frequency analysis of peak flows it is necessary to have long periods of records; However, many rivers in the peruvian coast do not have enough information to achieve adequate reliability. In order to increase the reliability of the estimates, regional methods were applied that allowed us to model the frequency distribution functions of the basins and divide the watershed into three regions: the northern zone, the central zone and the southern zone. The results of the regionalization can be extrapolated to basins with less basic information. Probabilistic models Normal, Log-Normal, Gumbel I, Pearson III and Log-Pearson III were applied for frequency analysis using the annual series of maximum daily flows of thirty-three (33) gauging stations. The Index Flow Method was used to probe the hydrological homogeneity of the three established regions, obtaining the compose frequency curve and the relation between the annual mean value (Q2,33) and the geomorphological parameter of best fit for each region. Base on the Kolmogorov-Smirnov test, correlation coefficient and graphical methods, the applied models that adjust well to the maximum annual flows observed were the Gumbel I distribution and the Log Pearson III function; however, it is recommended to use the Gumbel I function as the standard model. / Tesis

El presente estudio describe la elaboración de mapas de erosiones. La cuenca del Río Perené cuenta con amplio territorio, abarca al departamento de Junín y parte del departamento de Cerro de Pasco. Se escogió dicha cuenca, debido que es propensa a precipitaciones intensas y, por ende, a deslizamientos de tierra que conllevan en muchos casos a bloqueos de carreteras, pérdidas humanas, ganado, y de cultivos que merman en el flujo económico. Para la elaboración del mapa de erosión, por su simplicidad y gran aproximación a la realidad se usó la metodología del USLE. En extracto, dicha metodología cuantifica la pérdida de suelos, la cual se obtiene del producto de 6 factores, cada factor a su vez es obtenido mediante distintas metodologías. Los factores para el presente método USLE son: factor K (erodabilidad del suelo), el factor R (Erosión hídrica), factor C (cobertura del suelo), factor LS (factor longitud pendiente) y el factor P (conservación del suelo); y el producto construirá a la metodología USLE. Cada factor se obtiene de distintas maneras, algunos con métodos matemáticos teniendo una base de información y recolección de imágenes satelitales que se obtienen mediante servidores de la NASA y Japón. Cada factor se importa al programa ARC-GIS el cual nos da por cada factor un respectivo mapa. El producto de los factores nos brindará un mapa general, donde nos mostrará las zonas más propensas a erosión. Dicha información será de suma importancia para la gestión de Gobiernos Regionales y Municipalidades, para prevenir los recurrentes accidentes. / The present study, as its name describes, is the elaboration of erosion maps. The Río Perené basin has a wide territory, which mostly covers the department of Junín and, to a lesser extent, part of the department of Cerro de Pasco. This basin was chosen, because for years this place is prone to intense rainfall and therefore to landslides that in many cases lead to road blocks also human losses, livestock, and crops that diminish the capacity of commercial flow of the country. For the elaboration of the erosion map, there are different methods for its realization, for its simplicity and great approximation to reality it was decided to make use of the USLE methodology. In extract, this methodology quantifies the loss of soils, which is obtained by the product of 6 factors, each factor in turn is obtained by different methodologies. The factors for the present USLE method are: K factor (soil erosion), the R factor (precipitation erosivity), C factor (coverage or soil management), LS factor (slope length factor) and finally the P factor (soil conservation), the synergy of these factors will build the USLE methodology. Each factor is obtained in different ways, some with mathematical methods having an information base and others by collecting satellite images obtained through servers from NASA and Japan. Each factor is imported into the ARC-GIS program which gives us a respective map for each factor. Finally, the product of all maps results in the final map of soil loss in the basin. / Tesis

The main goal of this thesis is to investigate the effects of consequences of global change on fluvial biofilms. To achieve this objective a multi-marker approach has been used at different experimental scales. Our results revealed that the consequences of eutrophication and riparian simplification caused changes in biofilm spatial organization, microbial structure and functioning. This thesis evidenced that pharmaceuticals and antibiotics detected in Llobregat River waters may cause responses at the base of river food web with still unknown consequences for freshwater ecosystems. Furthermore, we demonstrated that the bactericide Triclosan reduces the capacity of biofilm to remove phosphorus from water column. Our results also evidenced that drought episode may affect biofilms structure and function amplifying the toxicity of Triclosan for these communities. Finally, our study validates the use of biofilm phosphorus uptake capacity as a tool for the understanding of pollutions’ consequences for river self-depuration capacity / L’objectiu principal d’aquesta tesi és investigar els efectes del canvi global sobre els biofilms fluvials. Amb aquesta finalitat s’ha utilitzat un enfoc de multi-marcadors a diferents escales experimentals. Els nostres resultats demostren que l’eutrofització i la simplificació ripària causen canvis en l’organització espacial, l’estructura microbiana i el funcionament dels biofilms. Aquesta tesis evidencia que fàrmacs i antibiòtics que es varen detectar al Llobregat causen respostes a la base de la xarxa tròfica amb conseqüències ecològiques desconegudes. Es va demostrar que el bactericida Triclosan redueix la capacitat dels biofilms de captar fòsfor. Els nostres resultats també evidencien que un episodi de sequera afecta la estructura i funció dels biofilms amplificant la toxicitat del Triclosan per aquestes comunitats. Finalment, el nostre estudi valida l'ús de la capacitat de captació de fòsfor dels biofilms com eina per la comprensió dels efectes de la contaminació sobre la capacitat de auto-depuració dels rius

River plays an essential function in providing sediments to the beach stability but this importance has not yet been properly estimated on the Peruvian coastline. So, the aim of this study focuses on the role of river sediments in the stability of the coastline at the Jequetepeque river mouth, located at the northern coast of Peru. This river, whose basin covers an area of ​​4,200 square kilometers, provides in average more than 900 million cubic meters a year (MMC yr-1) of water, and 2.9-8.0 MMC yr-1 of sediments to the ocean. Since the start of the Gallito Ciego dam in 1987, more than 104 MMC of sediments were retained into the reservoir. In order to assess the impact of the dam on the stability of the river mouth, a comparison among different coastline moments (for the years 1962, 1980, 2003 and 2011) with the support of GIS, were made. The results showed that the river mouth retreat to the land between 2003 and 2011 with rates of -2.6 m year-1. Moreover, the retreat of the coastline observed throughout the study area between 1962 and 2011, it could be related to the potential sea level rise and the trend of the worldwide beach erosion. / Los sedimentos fluviales cumplen un papel fundamental para el abastecimiento de las playas en la costa peruana cuya importancia no ha sido aun debidamente estimada. Con este fin, el estudio se centra en el papel que desempeña los sedimentos fluviales en la estabilidad de la línea de costa en la desembocadura del río Jequetepeque, ubicado en la costa norte del Perú. Este río, cuya cuenca abarca una superficie de 4.2 mil kilómetros cuadrados, aporta en promedio más de 900 millones de metros cúbicos al año (MMC año-1) de agua y entre 2.9 y 8.0 MMC año-1 de sedimentos al océano. A partir del inicio de las operaciones de la represa de Gallito Ciego en 1987, más de 104 MMC de sedimentos quedaron retenidos en el embalse. Con el fin de evaluar la influencia de la represa en el comportamiento de la desembocadura, se llevó a cabo la comparación entre las líneas de costa de los años 1962, 1980, 2003 y 2011 con el soporte de SIG. A partir del análisis se identificó el retroceso de la desembocadura entre 2003 y 2011 con tasas de -2.6 m año-1. Por otra parte, el retroceso de la línea de costa observado en toda el área de estudio, entre 1962 y 2011, podría estar relacionado con la posible elevación del nivel del mar y la tendencia a la erosión de las playas a escala global.

Geóloga / En el presente trabajo se estudia la composición química y mineralógica de los sedimentos fluviales presentes en los cauces principales de las cuencas de los ríos Vítor y San José de Azapa (XV Región de Arica y Parinacota, Chile). El objetivo es determinar la influencia que tiene la actividad antropogénica y los factores naturales sobre la geoquímica de los sedimentos fluviales de estas cuencas. En adición, se busca determinar la calidad ambiental de los sedimentos en base a la abundancia de As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Zn y Pb. Se analizó la fracción fina (<180 micrones) de 190 muestras de sedimentos fluviales distribuidas a lo largo de las cuencas. El análisis químico fue realizado mediante espectrometría de masa y la composición mineralógica fue determinada mediante difracción de Rayos-X. Los resultados fueron estudiados mediante gráficos de variación geográfica y mapas de puntos. Los resultados obtenidos indican que los factores naturales más relevantes en la zona son la litología, la presencia de zonas de alteración y las condiciones hidrodinámicas de las cuencas. Entre los factores antropogénicos destacan la intervención del cauce mediante obras civiles, los efectos generados por una planta de tratamiento de minerales y los efectos de la ciudad de Arica. En general, se observan altas concentraciones de As en toda la zona de estudio, presentando concentraciones por sobre estándares internacionales en numerosos sectores. La ocurrencia de estas altas concentraciones se debe principalmente a factores naturales, destacando el aporte de este elemento proveniente de la alta cordillera, con una fuerte presencia de rocas volcánicas y zonas de alteración hidrotermal.

El cambio climático representa actualmente una fuente de riesgo, por lo cual se debe conocer medidas de adaptación, ya que no se puede detener ni erradicar este problema, por lo cual se deben evaluar las posibles consecuencias para así mitigar los impactos. La evaluación de este riesgo cuenta con múltiples incertidumbres que se encuentran asociadas y que requiere un análisis profundo, teniendo en cuenta los aspectos científicos, sociales, económicos y aspectos ambientales. Para el análisis de escenarios futuros en hidrología, se han desarrollado una gran cantidad de modelos de simulación hidrológica de cuencas. En este sentido las investigaciones en este campo han sido notables e innovadoras. Usando el programa Water Evaluation And Planning (WEAP), se pueden construir distintos escenarios para luego realizar una comparación y analizar el impacto que se tendría dentro de un tiempo establecido. Utiliza técnicas y métodos eficientes que tienen una mayor exactitud en el pronóstico que ejecuta. Una vez establecidos los elementos que componen la evaluación hídrica y la simulación a trabajar, se analiza las particularidades de la gestión en la zona de estudio. Se plantea que el comportamiento del modelo tenga dos puntos de vista; una identificación actual de la cuenca en investigación, y otro esquema proyectado a corto plazo respetando las particularidades de la zona y proponiendo soluciones a la escasez hídrica Finalmente, este trabajo de investigación se cierra con un resumen de conclusiones y recomendaciones que impliquen las medidas de adaptación al cambio climático en todo tipo de actividad que abarque la tesis. / Tesis

Se busca cuantificar el transporte de sedimentos del río Amazonas en una sección analizada cerca de la ciudad de San Pablo, en el departamento de Loreto, para un evento que podríamos considerar como máximo anual del ciclo hidrológico. Para esto se analizarán distintos métodos de cálculos con la adición del empleo de nuevas tecnologías, tal es el caso del ADCP (Perfilador Acústico de Corrientes Doppler) y la reformulación en muchos de los casos de los métodos empíricos comúnmente empleados. Para determinar el transporte de sedimentos se realizó una campaña de recolección de información en campo, en dónde se extrajeron muestras de sedimentos de fondo y muestras de sedimentos en suspensión en 10 verticales de la sección transversal, así como la ingeniería básica necesaria para la determinación de todas las variables hidráulicas y geométricas que intervienen en dicho transporte. El transporte de sedimentos totales se divide en transporte de sedimentos de fondo y transporte de sedimentos de lavado, para realizar ambos análisis se ha dividido la sección transversal en 10 partes de igual dimensión a fin de poder representar de mejor manera su composición mediante las muestras extraídas. Para la determinación del transporte de sedimentos de fondo se utilizará los métodos empíricos que nos permitan calcular el transporte por arrastre y el transporte de fondo en suspensión con el solo conocimiento de la composición del lecho fluvial, mientras que para el transporte de lavado se utilizará también los métodos empíricos modificados en la metodología de cálculo por el autor de esta investigación, adicionando métodos de ajuste reales de perfiles de velocidades y concentraciones y el método de índice acústico. Se realizó la comparación de todos los métodos y se indicó las restricciones para su aplicación. Finalmente se logró estimar el transporte total de sedimentos, separando el que va en el fondo por arrastre, el de suspensión de fondo y el de suspensión de lavado. / Tesis

L'érosion de contact est un type d'érosion interne qui se développe à l'interface entre deux couches de matériaux de granulométries différentes. Les particules d'un sol fin (sable, limon, argile…) sont détachées par l'écoulement et entraînées à travers les pores du sol grossier au contact (gravier…). Bien que l'on suspecte sa présence dans de nombreux ouvrages, ce processus d'érosion a été peu étudié jusqu'à présent. Aussi ce travail de thèse s'est attaché à mieux le comprendre pour parvenir à le modéliser. A l'échelle du pore, l'écoulement à l'interface entre deux milieux poreux a été caractérisé, grâce à un dispositif expérimental développé au Cemagref d'Aix-en-Provence qui combine fluorescence induite par laser, méthode PIV et milieu iso-indice. L'importance de la variabilité des sollicitations hydrauliques a ainsi été soulignée. A l'échelle de l'échantillon, des essais sur sols réels et sols reconstitués ont été menés au LTHE, afin d'identifier les phénomènes en jeu. Ont également été obtenues sur ce dispositif des mesures du taux d'érosion en fonction de l'intensité de l'écoulement, pour différents types de sols fins et de sols grossiers. Une modélisation stochastique de ces essais a ensuite été proposée. Enfin, des essais à grande échelle ont été conduits au laboratoire de la Compagnie Nationale du Rhône pour étudier l'éventuelle influence d'effets d'échelle ainsi que les conséquences de cette érosion de contact sur le comportement global et l'intégrité d'un ouvrage. Il a ainsi été mis en évidence la possibilité qu'une érosion de conduit soit initiée par érosion de contact. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet ERINOH (ERosion INterne dans les Ouvrages Hydrauliques), en convention CIFRE avec le Centre d'Ingénierie Hydraulique d'EDF. / Contact erosion is a type of internal erosion which occurs at the interface between two soil layers of different particle sizes. Particles from the fine soil (sand, silt, clay…) are pulled and driven by the flow through the pores of the surrounding coarse soil (gravel ...). Although its presence is suspected in many earthfill embankments, this process has been little studied so far. The aim of this thesis was to better understand and, possibly, to model contact erosion. At pore scale, the flow at the interface between two porous media was characterized thanks to an experimental device, developed in Cemagref, combining Planar Laser Induced Fluorescence, PIV method and Refractive Index Matching. The spatial variability of flow shear stress has been emphasized. At sample scale, several tests on real and reconstituted soils were carried out in LTHE, in order to identify the phenomena involved in contact erosion. Erosion rates as a function of flow magnitude have also been measured for different types of fine and coarse soils. Then, a stochastic model was proposed to account for these experiments. Finally, large scale tests were conducted in the laboratory of Compagnie National du Rhône, to study the influence of scale effects as well as the consequences of contact erosion on global behavior and integrity of the embankment structure. The possibility of piping initiation by contact erosion was underlined. This thesis is part of the project ERINOH project and was funded by EDF-CIH.