El agua en la actualidad es un recurso calificable como escaso, lo que motiva el desarrollo de áreas de estudio destinadas a modelar el comportamiento de diferentes cuencas, con el fin de cuantificar la disponibilidad actual y futura de los recursos hídricos. Siguiendo la línea anteriormente expuesta, este trabajo consistió en modelar a escala diaria la cuenca del río Juncal, el cual es uno de los principales afluentes al río Aconcagua. La motivación nace por la importancia que tiene el agua para todas las actividades productivas que se desarrollan en esta cuenca, y además por la naturaleza nival y de alta montaña que tiene la cuenca del río Juncal. El modelo elegido para este trabajo es el modelo Topnet, de base física e hidrológicamente distribuido, el cual usa como elemento básico de modelación un conjunto de subcuencas generadas. La naturaleza distribuida de Topnet permite analizar con más detalle los procesos hidrológicos que se llevan a cabo en la cuenca, pero a su vez requiere gran cantidad de información y una distribución espacial de ésta, lo que no siempre está disponible y que se traduce en efectuar suposiciones para poder llevar adelante el trabajo. La información de entrada necesaria para Topnet se divide en información topográfica, climatológica y forzantes meteorológicas. La recopilación de todos estos antecedentes lleva a la creación de archivos en formato NetCDF, que contienen toda la información de forzantes externas y guardan una red fluvial digital que resume la interacción entre las subcuencas del modelo. Se utilizaron archivos DEM de 30m x 30m de resolución como información topográfica, base de datos de CIREN y de CONAF para el tipo cobertura de suelos, y la información correspondiente a las estaciones meteorológicas más cercanas a la cuenca para las forzantes externas. Con la red fluvial creada y el procesamiento de la información disponible, se procedió al proceso de calibración y validación del modelo. Topnet funciona a base de multiplicadores que afectan por igual a los parámetros establecidos en cada subcuenca, por lo que se mantiene la distribución espacial en caso de existir. La calibración es precedida por un análisis de sensibilidad de los parámetros que determina la influencia de cada uno. El proceso en sí es complementado con el uso de imágenes MODIS para ajustar de manera correcta el manto nival. El proceso de calibración ocupó funciones objetivo estadísticas como el coeficiente de Nash-Suttcliffe (NS) y el error cuadrático medio (ECM) para ajustar la serie de caudales modelados a la salida de la cuenca. Paralelamente se analizó el comportamiento del manto nival y se estudió la evolución de la humedad del suelo. Luego de la calibración, se ejecuta la etapa de validación del modelo usando los ajustes paramétricos obtenidos en la etapa previa. Finalmente se analizan diversos escenarios que consideran el fenómeno del cambio climático con variaciones de precipitación y temperatura. Los resultados de la calibración son satisfactorios, alcanzado valores de NS de 0.7 y ECM de 8.88 [m3/s]2, logrando finalmente conjugar valores aceptables de las funciones objetivo junto con un adecuado comportamiento del manto nival. No se logró lo mismo con la validación, donde diversos factores inciden en la obtención de estadísticos más pobres. Las conclusiones finales apuntan a que Topnet es un modelo potencialmente capaz de simular adecuadamente los procesos de acumulación y derretimiento de nieve. Sin embargo hay aspectos que deben ser analizadas en orden para mejorar los resultados. Esto incluye una mejor estimación o toma de datos de forzantes meteorológicas, cuya leve variación incide de gran forma en los resultados, hasta la inclusión de nuevos módulos de cálculo que incluyan procesos que actualmente no están considerados, como por ejemplo la dinámica de los glaciares que se encuentran en la cuenca.

Geógrafo / Dado el importante rol que ejerce la Cordillera de los Andes en relación con los recursos hídricos de los ambientes semiáridos, es necesario entender el comportamiento de la nieve, y para ello se requiere implementar un modelo de balance de masa y energía en una cuenca de montaña, como es en la parte alta de la cuenca del Río La Laguna, Región de Coquimbo. Dentro del balance de masa, es importante considerar la acumulación de la nieve mediante métodos más adecuados, como también la ablación, proceso en el cual se debe considerar el porcentaje de fusión y de sublimación. Para establecer un balance de masa de nieve, se requiere entender el intercambio energético que la afecta, estimar los flujos que influyen en ella y cuales tienen mayor importancia. Así es factible poder implementar un modelo que incluya las variables relevantes para este tipo de ambientes. Se realiza una búsqueda de los modelos más adecuados para el área de estudio, determinándose que el modelo Watershed Integrated Management in Mediterranean Environments (WiMMed) cumple con los requerimientos. Luego se explican los pasos necesarios para su implementación. Los resultados obtenidos indican que más de un tercio del total de la ablación de la nieve, aporta hacia la cuenca, mientras que el resto se va hacia la atmósfera por sublimación. Sin embargo estas deducciones cambian por estación del año, siendo los eventos de precipitación de los meses de verano, los que aportan más a la cuenca, debido a la alta tasa de fusión. La radiación neta y el flujo turbulento de calor latente son las variables que más influyen en el balance de energía de la nieve, principalmente en las altas cumbres. Estos resultados se comparan con otras investigaciones en cuencas aledañas y similares al área de estudio, las cuales coinciden en la gran mayoría. También se realizan observaciones y se plantean necesidades de mejora del modelo, para representar de mejor manera el comportamiento de la nieve en ambientes semiáridos.

O comportamento hidrológico de grandes bacias envolve a integração da variabilidade espacial e temporal de um grande número de processos. No passado, o desenvolvimento de modelos matemáticos precipitação – vazão, para representar este comportamento de forma simplificada, permitiu dar resposta às questões básicas de engenharia. No entanto, estes modelos não permitiram avaliar os efeitos de modificações de uso do solo e a variabilidade da resposta em grandes bacias. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação de um modelo hidrológico distribuído utilizado para representar os processos de transformação de chuva em vazão em grandes bacias hidrográficas (maiores do que 10.000 km2). Uma grade regular de células de algumas dezenas ou centenas de km2 é utilizada pelo modelo para representar os processos de balanço de água no solo; evapotranspiração; escoamentos: superficial, sub-superficial e subterrâneo na célula; e o escoamento na rede de drenagem em toda a bacia hidrográfica. A variabilidade espacial é representada pela distribuição das características da bacia em células regulares ao longo de toda a bacia, e pela heterogeneidade das características no interior de cada célula. O modelo foi aplicado na bacia do rio Taquari Antas, no Rio Grande do Sul, na bacia do rio Taquari, no Mato Grosso do Sul, e na bacia do rio Uruguai, entre Rio Grande do Sul e Santa Catarina. O tamanho destas bacias variou entre, aproximadamente, 30.000 km2 e 75.000 km2. Os parâmetros do modelo foram calibrados de forma manual e automática, utilizando uma metodologia de calibração automática multi-objetivo baseada em um algoritmo genético. O modelo foi validado pela aplicação em períodos de verificação diferentes do período de calibração, em postos fluviométricos não considerados na calibração e pela aplicação em bacias próximas entre si, com características físicas semelhantes. Os resultados são bons, considerando a capacidade do modelo de reproduzir os hidrogramas observados, porém indicam que novas fontes de dados, como os fluxos de evapotranspiração para diferentes coberturas vegetais, serão necessários para a plena utilização do modelo na análise de mudanças de uso do solo.

O comportamento hidrológico de grandes bacias envolve a integração da variabilidade espacial e temporal de um grande número de processos. No passado, o desenvolvimento de modelos matemáticos precipitação – vazão, para representar este comportamento de forma simplificada, permitiu dar resposta às questões básicas de engenharia. No entanto, estes modelos não permitiram avaliar os efeitos de modificações de uso do solo e a variabilidade da resposta em grandes bacias. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação de um modelo hidrológico distribuído utilizado para representar os processos de transformação de chuva em vazão em grandes bacias hidrográficas (maiores do que 10.000 km2). Uma grade regular de células de algumas dezenas ou centenas de km2 é utilizada pelo modelo para representar os processos de balanço de água no solo; evapotranspiração; escoamentos: superficial, sub-superficial e subterrâneo na célula; e o escoamento na rede de drenagem em toda a bacia hidrográfica. A variabilidade espacial é representada pela distribuição das características da bacia em células regulares ao longo de toda a bacia, e pela heterogeneidade das características no interior de cada célula. O modelo foi aplicado na bacia do rio Taquari Antas, no Rio Grande do Sul, na bacia do rio Taquari, no Mato Grosso do Sul, e na bacia do rio Uruguai, entre Rio Grande do Sul e Santa Catarina. O tamanho destas bacias variou entre, aproximadamente, 30.000 km2 e 75.000 km2. Os parâmetros do modelo foram calibrados de forma manual e automática, utilizando uma metodologia de calibração automática multi-objetivo baseada em um algoritmo genético. O modelo foi validado pela aplicação em períodos de verificação diferentes do período de calibração, em postos fluviométricos não considerados na calibração e pela aplicação em bacias próximas entre si, com características físicas semelhantes. Os resultados são bons, considerando a capacidade do modelo de reproduzir os hidrogramas observados, porém indicam que novas fontes de dados, como os fluxos de evapotranspiração para diferentes coberturas vegetais, serão necessários para a plena utilização do modelo na análise de mudanças de uso do solo.

O comportamento hidrológico de grandes bacias envolve a integração da variabilidade espacial e temporal de um grande número de processos. No passado, o desenvolvimento de modelos matemáticos precipitação – vazão, para representar este comportamento de forma simplificada, permitiu dar resposta às questões básicas de engenharia. No entanto, estes modelos não permitiram avaliar os efeitos de modificações de uso do solo e a variabilidade da resposta em grandes bacias. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação de um modelo hidrológico distribuído utilizado para representar os processos de transformação de chuva em vazão em grandes bacias hidrográficas (maiores do que 10.000 km2). Uma grade regular de células de algumas dezenas ou centenas de km2 é utilizada pelo modelo para representar os processos de balanço de água no solo; evapotranspiração; escoamentos: superficial, sub-superficial e subterrâneo na célula; e o escoamento na rede de drenagem em toda a bacia hidrográfica. A variabilidade espacial é representada pela distribuição das características da bacia em células regulares ao longo de toda a bacia, e pela heterogeneidade das características no interior de cada célula. O modelo foi aplicado na bacia do rio Taquari Antas, no Rio Grande do Sul, na bacia do rio Taquari, no Mato Grosso do Sul, e na bacia do rio Uruguai, entre Rio Grande do Sul e Santa Catarina. O tamanho destas bacias variou entre, aproximadamente, 30.000 km2 e 75.000 km2. Os parâmetros do modelo foram calibrados de forma manual e automática, utilizando uma metodologia de calibração automática multi-objetivo baseada em um algoritmo genético. O modelo foi validado pela aplicação em períodos de verificação diferentes do período de calibração, em postos fluviométricos não considerados na calibração e pela aplicação em bacias próximas entre si, com características físicas semelhantes. Os resultados são bons, considerando a capacidade do modelo de reproduzir os hidrogramas observados, porém indicam que novas fontes de dados, como os fluxos de evapotranspiração para diferentes coberturas vegetais, serão necessários para a plena utilização do modelo na análise de mudanças de uso do solo.

El artículo no presenta resumen.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de título consistió en la aplicación de un modelo hidrológico distribuido de base física, TopNet (Mendoza, 2010), para la cuenca del río Cautín en la IX región de la Araucanía (38°29'S y 72°00'W), en escenarios de cambio global, tales como cambios de uso de suelo y cambio climático para un horizonte de 50 años (2015 - 2064). El objetivo general fue estudiar el efecto del cambio climático y de uso de suelo sobre la respuesta hidrológica de la cuenca del río Cautín de Chile, con énfasis en la magnitud y recurrencia de eventos extremos. Para esto se construyeron distintos escenarios de uso de suelo en base a proyecciones realizadas a partir de los distintos censos agropecuarios realizados por el Instituto Nacional de Estadísticas. Los escenarios de cambio climático se construyeron a partir de las proyecciones (temperatura, precipitaciones y humedad específica) del modelo climático MK3.6 bajo el escenario RCP8.5, debidamente procesadas para representar el contexto local. A partir de las modelaciones en base a los distintos escenarios, se determinó la magnitud y recurrencia de crecidas y sequías y se determinó la vulnerabilidad de la población de la comuna Padre las Casas, ante crecidas del río Cautín. Los resultados obtenidos incluyeron: Una disminución de hasta 15 [%] anual de las precipitaciones en la cuenca, un aumento anual de 0.7 [°C] en las temperaturas y un aumento anual de 3.6 [g/kg] en la humedad específica. Una disminución de los caudales medios anuales entre un 19 y 32 [%] dependiendo de los escenarios simulados. Un aumento del 40 [%] en la sequía meteorológica, condiciones constantes para la sequía agrícola y un aumento de un 2 [%] en la sequía hidrológica. Vulnerabilidad nula de la población de la comuna Padre las Casas ante crecidas debido al aumento del período de retorno de 10 a 200 años para los mismos valores de caudales máximos instantáneos.

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Trata-se de uma pesquisa de natureza qualitativa, realizada por meio do método dedutivo e de procedimento técnico bibliográfico e documental. Dessa forma, por meio de dados dos setores censitários do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, bem como outros coletados in loco, este estudo vale-se de uma metodologia específica para a avaliação da vulnerabilidade da população, em que foram considerados índices de dimensões demográficas e sociais, saneamento e infraestrutura. Para tanto, realiza-se uma classificação dos riscos hidrológicos por meio do cruzamento entre os mapas de vulnerabilidade e suscetibilidade. A partir de entrevistas e observações com moradores dessas áreas, faz-se um levantamento das condicionantes sociais da vulnerabilidade e riscos da população, comparando-se essa percepção com a vulnerabilidade geográfica. Em relação à vulnerabilidade de acordo com as classificações e interpretações propostas, verifica-se que determinado município foi classificado com vulnerabilidade alta, 8 setores censitários classificados com vulnerabilidade média para alta e os restantes com vulnerabilidade média para baixa. Já em relação aos riscos, as áreas dos centros urbanos das cidades maiores, foram classificadas com risco muito alto, e a maioria das áreas atingidas, foram classificadas com risco alto e médio. Em relação à percepção da população, os respondentes de forma geral têm ciência de que eventualmente poderá haver mais eventos extremos, mas a maioria não manifesta receio com a probabilidade do fenômeno se repetir. Esta percepção por parte dos moradores entrevistados contrasta com os dados geográficos, os quais apontam risco de eventos extremos na bacia estudada. / The natural disasters are increasing in frequency and intensity over the years. As an example, we can cite what occurred in January 2010, when the biggest flood already seen in the river basin of Rio Forqueta, located in Vale do Taquari, in the State of Rio Grande do Sul, happened. Due to the big environmental and social impacts that were caused by this extreme event in many cities in the region of Vale do Taquari, the present study has as its goal of analyzing the vulnerability and the risk associated with the intense rainfall related to the fact, with emphasis on the floods in the areas susceptible to the Forqueta River basin. It is a research of a qualitative nature, carried out by means of the deductive method and technical bibliographical and documentary procedure. Thus, through data from the census tracts of the Brazilian Institute of Geography and Statistics, as well as other data collected locally, this study draws on a specific methodology for the evaluation of the population's vulnerability, in which the indices of demographic dimensions and social, sanitation and infrastructure. In order to do so, a classification of hydrological risks is carried out by crossing the maps of vulnerability and susceptibility. Based on interviews and observations with residents of these areas, a survey is made of the social determinants of vulnerability and risks of the population, comparing this perception with the geographical vulnerability. In relation to the vulnerability according to the proposed classifications and interpretations, it is verified that a certain municipality was classified with high vulnerability, 8 census tracts classified with medium vulnerability for high and the remaining with medium vulnerability for low. Regarding the risks, the areas of the urban centers of the larger cities were classified as very high risk, and most of the affected areas were classified as high and medium risk. Regarding population perception, respondents are generally aware that there may be more extreme events, but most are not afraid of the likelihood of the phenomenon repeating itself. This perception on the part of the interviewed dwellers contrasts with the geographic data, which shows the risk of extreme events in the studied basin.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Ingeniero Civil / Los glaciares ubicados en los Andes de Chile central constituyen parte fundamental del medioambiente y la economía, ya que contribuyen en gran medida al escurrimiento de verano. En la actualidad se han realizado numerosos estudios para comprender tanto la magnitud actual de estos aportes como la respuesta que tendrán los glaciares ante perturbaciones climáticas como es el cambio climático. En el presente trabajo se analiza el comportamiento histórico y futuro del caudal de la cuenca del río Olivares antes de su junta con el río Colorado, con énfasis en las variaciones que presentará el aporte glaciar. Para esto se utilizan dos modelos hidrológicos con distinta esquematización, lo que permite tener una mayor consistencia en los resultados y, a la vez, analizar las diferencias dada la conceptualización de los distintos procesos y su escala espacial. El primero de ellos corresponde a un modelo distribuido de base física, DHSVM, mientras que el segundo posee una topología de carácter semi-distribuido con características conceptuales y de base física, WEAP. Ambos modelos se calibran a escala diaria en el período 2001/02-2011/12 comparando tanto el comportamiento del caudal como la cobertura nival. Las proyecciones de cambio climático utilizadas en el estudio se realizan considerando cinco modelos de circulación global (GCM por sus siglas en inglés) del escenario RCP 8.5, escogidos en base al comportamiento de la precipitación y temperatura simuladas contrastadas con las observaciones en la estación base Pirque. Analizando las variaciones en las forzantes meteorológicas entre la línea base (1985/86-2004/05) y el futuro cercano (2015/16-2044/45) y lejano (2045/46-2074/75) se obtiene que en promedio los modelos proyectan un incremento de la temperatura media anual de la estación de 1.3°C para el futuro cercano y 2.9 °C para el futuro lejano, lo que representa un 9 y 20% respectivamente, mientras que para la precipitación anual se proyecta una disminución de 33.6 mm para el futuro cercano y 93.2 mm para el futuro lejano., representando un 7 y 19% respectivamente. Se estima que la mayoría de los glaciares en la cuenca del río Olivares habrán desaparecido para fines del período analizado, quedando en promedio 1.2 km^2 según la modelación realizada por DHSVM y 6.8 km^2 según WEAP. Además, el caudal total presenta disminuciones de entre un 15 y un 46% para el futuro lejano, mientras que el caudal glaciar presenta disminuciones de entre un 53 y un 85% para el futuro lejano, dependiendo del GCM y modelo hidrológico utilizado.

Existe en la comunidad científica un amplio consenso que el cambio climático modificará, entre otros efectos, la disponibilidad de los recursos hídricos alrededor del planeta. Esto se basa en los resultados de modelos meteorológicos de gran escala que sirven de entrada a modelos hidrológicos aplicados a situaciones locales. El objetivo principal de este trabajo es cuantificar la variación que sufren las series de caudales medios mensuales, producto de los datos meteorológicos y configuraciones adoptadas en la modelación del río Pangal, el cual se encuentra ubicado en la Región del Libertador General Bernardo O’Higgins, Chile, utilizando el modelo de gestión WEAP desarrollado por el Stockholm Environment Institute. Para el análisis de la variabilidad e incertidumbre de los resultados, se consideraron un conjunto de parámetros, siendo éstos: i) división espacial de la cuenca, ii) gradientes meteorológicos, iii) series alternativas futuras y iv) parámetros modelo WEAP. Generados los gradientes en base a registros de estaciones existentes en el área de interés, y utilizando el modelo de humedad del suelo, se implementó la cuenca en WEAP considerando tres escenarios consistentes en una, dos y seis bandas de altura, los cuales fueron calibrados y validados en el escenario actual utilizando el coeficiente de Nash – Sutcliffe. Se observó que a medida que la cuenca se modela de manera más concentrada, el valor del coeficiente disminuye desde 0,82 a 0,62, lo que se ve reflejado en una subestimación importante de los caudales de deshielo. Para la generación de los caudales futuros en el periodo 2005 a 2035, se utilizaron series mensuales de temperatura y precipitación para los escenarios A2 como B2 definidos por el IPCC. Las series meteorológicas futuras fueron derivadas del modelo de circulación global HadCM3, escaladas con el software SDSM, generando un modelo con coeficiente R2 de 0,53 y 0,42 para la temperatura y precipitación, respectivamente. Los resultados de la modelación indican que al seleccionar de las 20 series generadas con cada gradiente, aquella con mayor disminución de precipitación y mayor aumento de la temperatura, se produce en el escenario A2 un descenso promedio de los caudales medios anuales de un 16%, aunque los caudales medios mensuales pueden tener importantes variaciones (37% en Noviembre). Por otra parte, si se selecciona aquella serie con menor disminución de precipitación y menor aumento de temperaturas, se tiene un aumento promedio de los caudales medios anuales de un 12%. Finalmente, en el escenario B2 se observa la misma tendencia, sin embargo las variaciones son de una menor magnitud (disminución de un 4% en el caso más desfavorable, y aumento de 5% en el más favorable). Lo anterior refleja la necesidad de mayor investigación para disminuir la incertidumbre inherente a estas modelaciones. / Existe en la comunidad científica un amplio consenso que el cambio climático modificará, entre otros efectos, la disponibilidad de los recursos hídricos alrededor del planeta. Esto se basa en los resultados de modelos meteorológicos de gran escala que sirven de entrada a modelos hidrológicos aplicados a situaciones locales. El objetivo principal de este trabajo es cuantificar la variación que sufren las series de caudales medios mensuales, producto de los datos meteorológicos y configuraciones adoptadas en la modelación del río Pangal, el cual se encuentra ubicado en la Región del Libertador General Bernardo O’Higgins, Chile, utilizando el modelo de gestión WEAP desarrollado por el Stockholm Environment Institute. Para el análisis de la variabilidad e incertidumbre de los resultados, se consideraron un conjunto de parámetros, siendo éstos: i) división espacial de la cuenca, ii) gradientes meteorológicos, iii) series alternativas futuras y iv) parámetros modelo WEAP. Generados los gradientes en base a registros de estaciones existentes en el área de interés, y utilizando el modelo de humedad del suelo, se implementó la cuenca en WEAP considerando tres escenarios consistentes en una, dos y seis bandas de altura, los cuales fueron calibrados y validados en el escenario actual utilizando el coeficiente de Nash – Sutcliffe. Se observó que a medida que la cuenca se modela de manera más concentrada, el valor del coeficiente disminuye desde 0,82 a 0,62, lo que se ve reflejado en una subestimación importante de los caudales de deshielo. Para la generación de los caudales futuros en el periodo 2005 a 2035, se utilizaron series mensuales de temperatura y precipitación para los escenarios A2 como B2 definidos por el IPCC. Las series meteorológicas futuras fueron derivadas del modelo de circulación global HadCM3, escaladas con el software SDSM, generando un modelo con coeficiente R2 de 0,53 y 0,42 para la temperatura y precipitación, respectivamente. Los resultados de la modelación indican que al seleccionar de las 20 series generadas con cada gradiente, aquella con mayor disminución de precipitación y mayor aumento de la temperatura, se produce en el escenario A2 un descenso promedio de los caudales medios anuales de un 16%, aunque los caudales medios mensuales pueden tener importantes variaciones (37% en Noviembre). Por otra parte, si se selecciona aquella serie con menor disminución de precipitación y menor aumento de temperaturas, se tiene un aumento promedio de los caudales medios anuales de un 12%. Finalmente, en el escenario B2 se observa la misma tendencia, sin embargo las variaciones son de una menor magnitud (disminución de un 4% en el caso más desfavorable, y aumento de 5% en el más favorable). Lo anterior refleja la necesidad de mayor investigación para disminuir la incertidumbre inherente a estas modelaciones.