En la localidad de Acobamba existen fuentes de recursos hídricos que pueden ser utilizados para su aprovechamiento. El agua de lluvia es una de esas fuentes para abastecer de agua potable a la localidad y satisfacer las necesidades básicas de los pobladores. En los últimos años, la idea de abastecer de agua de lluvia a la población continuó en diferentes lugares del mundo. Por ejemplo, en Brasil se instaló un programa cuyo nombre fue “Un millón de cisternas” el cual consistió en aprovechar el agua de lluvia que son interceptados por los techos de las casas, para ser trasladados por las canaletas y después ser almacenados en reservorios semienterrados. En Singapur, la mayoría de los techos de los edificios de los apartamentos se utilizan para captar el agua de lluvia, lo cual es llevado a un pozo subterráneo para después extraer dicha agua. El objetivo principal de la tesis es establecer un sistema no convencional de captación de agua de lluvia para abastecer de agua potable a la población de Acobamba. Para ello, se calculó y se analizó la demanda de agua potable que requiere la población. Con el volumen de agua calculado se diseñó las dimensiones de los elementos que componen el sistema no convencional de captación de agua pluvial. Luego, se evaluó el grado de calidad de agua de lluvia que se presenta en la captación. Adicionalmente, se analizó el costo de construcción del sistema no convencional con respecto a otro sistema convencional. Por lo tanto, los resultados mostraron que se puede abastecer a la población con un volumen de agua igual a 9573.58 m3 por un periodo de 12 horas al día, con un costo de construcción igual a S/. 10,667,485.35, el cual es menor a la construcción de una bocatoma lateral y una calidad de agua inocua para el consumo humano.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de tesis consiste en el estudio del impacto del cambio climático en la disponibilidad del recurso hídrico en la cuenca de Pangal en Pangal, ubicada en la VI Región. Por medio del modelo semidistribuido WEAP se modeló hidrológicamente, además por medio de un módulo acoplado se modeló glaciológicamente la cuenca a escala diaria, para luego realizar proyecciones de caudales para los años 2045-2075, se utilizarán los dos escenarios extremos de los cuatro creados y presentados en el quinto y último reporte del IPCC el año 2011, denominados RCP8.5 y RCP2.6 que corresponden al más desfavorable y al más conservador respectivamente. El objetivo principal de la tesis es estimar la variación del recurso hídrico en la cuenca de Pangal en Pangal. Para esto se usará un módulo de glaciares que se acopló al WEAP y se manipularán variables meteorológicas que se han tomado en terreno en la cuenca ubicada al norte próxima a la cuenca en estudio que ha sido monitoreada con varias estaciones a partir del 2004. Para llevar a cabo el objetivo se analizarán los antecedentes que existen sobre cambio climático, modelación hidrológica, glaciológica y de nieve. Luego, se dará paso a calibrar el modelo sin glaciares y a continuación se calibrarán los parámetros del módulo de glaciares, que dicho sea de paso, son el motor principal de la tesis. Se escogerán los nuevos escenarios de cambio climático llamados RCP o vías de concentración representativas, propuestos por Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) el año 2011. Se seleccionarán las dos forzantes radiativos extremos para así poder analizar todo el espectro generado por el modelo a seleccionar. Finalmente se analizarán los datos logrados por la modelación y se concluirá sobre la disponibilidad hídrica de la cuenca. La modelación dará como resultado las curvas de variación estacional con probabilidades de excedencia y la disponibilidad del recurso hídrico en general. Los resultados permitirán realizar decisiones sobre el futuro hídrico de la cuenca.

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Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / En el marco de la planificación de operación de un sistema eléctrico con participación significativa de hidroelectricidad, existen varias variables que le dan al sistema un carácter estocástico, incluyendo las demandas, el precio de los combustibles y la incertidumbre hidrológica. En el sistema de programación a largo plazo (PLP) utilizado en Chile para la planificación de operación, sólo se aborda la incertidumbre hidrológica. En la actualidad la información hidrológica utilizada como entrada para PLP del sistema hidroeléctrico es de carácter histórico, utilizando según el horizonte de programación, años consecutivos, suponiendo que bajo esta premisa se incorporan intrínsecamente las correlaciones espaciales y temporales asociadas a los flujos. Asimismo, al momento de generar el árbol de escenarios hidrológicos, en cada intervalo dentro del horizonte de tiempo, no se considera la dependencia entre años hidrológicos y entre los meses de invierno - verano, es decir, no se indaga más a fondo en la autocorrelación de las series de tiempo hidrológicas. El presente trabajo propone generar escenarios de caudales, para cada uno de los puntos de interés del Sistema Interconectado Central (SIC),como información de entrada a la PLP del sistema hidroeléctrico, con una manera distinta de abordar la incertidumbre hidrológica, incorporando las correlaciones espaciales y temporales y forzantes propias de la hidrología. El primer paso consiste en la estimación de caudales en cuencas representativas del sistema que abarquen régimen pluvial y nivopluvial, escogiendo para este caso la cuenca del río Maule en Armerillo; luego bajo el concepto de zona homogénea realizar transposición de caudales a cuencas que abastecen el SIC. Finalmente los escenarios de hidrología futura se obtienen a través de una metodología que incorpora las características del periodo hidrológico. Por una parte se generaron series sintéticas de precipitación y temperatura a escala diaria, usando un algoritmo estocástico que considera el comportamiento del clima en una ventana de 30 años, separando la información en años normales, secos o húmedos; desde la perspectiva estadística, las series obtenidas pertenecen al mismo universo y representan el comportamiento de las forzantes climáticas en la zona analizada. Paralelo a ello, se calibró un modelo hidrológico en WEAP de la cuenca del Río Maule en Armerillo, donde los resultados obtenidos se consideran buenos, con valores de Nash-Sutcliffe entre 0,7 y 0,82 para cuencas en régimen natural, y valores superiores a 0,4 en cuencas utilizadas con fines agrícolas e hidroeléctricos. En la generación de series sintéticas de caudales semanales, se logra establecer bandas de incertidumbre por tipo de año (seco, normal o húmedo) para un horizonte de tiempo de 2 años con las diferentes combinaciones posibles, incorporando la dependencia que existe entre años consecutivos. Se considera que las bandas de incertidumbre generadas para cada escenario reflejan las tendencias de los caudales en cada punto analizado. Finalmente, para la evaluación de la transposición de caudales en la zona homogénea se seleccionó la cuenca del Estero Las Garzas para la modelación de la cuenca Río Achibueno en la Recova, fuera del área modelada. Los resultados de la transposición muestran una correlación de 0,8, considerado muy adecuado para estos fines.

Ingeniero Civil / El Salar del Huasco, ubicado en la Región de Tarapacá, Chile, constituye un sistema de gran relevancia ambiental al albergar ciertos ecosistemas vitales para la sobrevivencia de especies en estado vulnerable, como por ejemplo flamencos, que requieren de lagunas someras para sus nidos, típicas en estos ambientes. El objetivo de este trabajo de título es realizar un balance hídrico histórico en esta cuenca mediante un modelo de simulación hidrológica, en una escala temporal de 30 años y utilizando información meteorológica proveniente del reanálisis atmosférico, para así analizar la disponibilidad del recurso hídrico y su dinámica temporal futura en una escala de tiempo de 94 años. Se escogió el modelo de simulación hidrológica TOPMODEL por la naturaleza distribuida de los procesos considerados, simpleza en los datos de entrada y cantidad reducida de parámetros a calibrar. A los datos de entrada obtenidos del reanálisis atmosférico se les aplicó un proceso de escalamiento espacial a la zona y luego se realizó una corrección de sesgo mediante ajustes probabilísticos a sus curvas de duración. La hidrología de la cuenca del Salar se obtuvo para el periodo comprendido entre los años 1984 y 2014. La calibración de los parámetros se realizó de forma de disminuir el error entre la recarga producto de caudal y flujo subterráneo a través del acuífero al Salar y la descarga por evaporación desde el mismo. Los resultados de esta simulación histórica arrojan que de la precipitación media anual: un 90% se evapora en la cuenca mientras el 10% restante escurre superficial y subsuperficialmente hacia el Salar donde posteriormente se evapora totalmente, mientras que la percolación profunda es despreciable frente a las variables anteriores. Posteriormente se obtuvieron las series futuras de precipitación y evapotranspiración potencial a partir de los resultados del modelo climático HadGEM2-AO, acoplado con un modelo de balance radiativo, bajo los escenarios de cambio climático RCP 2.6, 4.5, 6.0 y 8.5. A estas series se les aplicó un escalamiento espacial, mientras que la corrección del sesgo se determinó a partir del periodo histórico común a las series de cada uno de los escenarios. Luego, ocupando los parámetros ya calibrados, se simuló la hidrología del Salar en el periodo histórico (1984-2005) y futuro (2006-2100) para analizar su dinámica. Con las series de recarga al Salar y evaporación potencial en el mismo, se realizó el balance de volumen de la laguna. Los resultados muestran que al comparar una ventana temporal de los años 2070-2100 con la inicial de la proyección futura (1984-2005), se tiene un aumento estadísticamente significativo de la precipitación de un 55% y 70% para los dos escenarios de mayor forzamiento radiativo, mientras que la recarga al salar como fracción de la precipitación aumenta de un 13% a un 23% para el escenario RCP 6.0. El balance de volumen en el Salar predice aumentos en la altura promedio anual de la laguna entre 36% y 74% mientras que el área de la misma aumenta hasta 1.4 veces para el escenario R.C.P 8.5.

Magíster en Gestión y Políticas Públicas / El estudio de caso que se presenta a continuación ha tenido como finalidad realizar una indagación sistemática sobre el problema de la sobre-explotación de los recursos hídricos de la cuenca del río Copiapó, en la región de Atacama, norte de Chile. Enfoque conceptual para dar cuenta de la problemática que constituye el objeto de estudio del trabajo, es el del Análisis Institucional, cuyos fundamentos analíticos más básicos remiten a los principios de Economía Política formulados por Douglass North. Al momento de abordar empíricamente el fenómeno en cuestión, el marco teórico del estudio encontró en la Teoría sobre el Gobierno de los Bienes de Uso Común, de Elinor Ostrom, su principal soporte teórico y metodológico. La perspectiva del estudio puso su acento analítico en las conductas de los distintos agentes que participan en los procesos de explotación, gestión, administración y regulación de los recursos hídricos del acuífero del río Copiapó. Para poder dar cuenta del fenómeno de la sobre-explotación hídrica en tanto configuración de un determinado y específico statu quo en torno al uso de los recursos hídricos de la cuenca del Copiapó, se realizó un estudio sistemático de: Las características del sistema hidrológico que constituye la cuenca y el acuífero del río Copiapó. La situación de explotación productiva en que se encontraban los recursos hídricos y la modalidad de explotación que realizan los diferentes agentes presentes en la cuenca. El sistema de reglas constitucionales, de elección colectiva y operativas, contenidas y definidas en el Código de Aguas de Chile, del año 1982, y en Manual de Normas y Procedimientos para la Administración de Recursos Hídricos, del año 2008. El diagnóstico que hacen los propios agentes involucrados en el problema, sobre el fenómeno de la sobre-explotación hídrica de la cuenca. La idea era entender la sobre-explotación hídrica de la cuenca, como la emergencia de un determinado statu quo a partir de la integración dinámica de los cuatro factores descritos. Ello como una forma de delimitar los potenciales espacios para el desarrollo de un cambio institucional, a partir de los procesos de negociación que puedan desplegar los diferentes agentes que tienen participación en la distribución, explotación, gestión y regulación de los recursos hídricos disponibles en la cuenca del río Copiapó. De este modo, se buscó visualizar una política pública, pudiese facilitar el cambio institucional, disminuyendo sus costos de transacción, cambio e implementación.

Memoria (magíster en derecho ambiental) / Esta actividad formativa tiene por objeto analizar las áreas de restricción como mecanismo de protección de los recursos hídricos subterráneos, para evidenciar si resulta una herramienta eficaz para de tutela de los acuíferos, que son las fuentes de aguas subterráneas. Para tales efectos, primeramente se analizan todos los mecanismos de protección de los recursos hídricos existentes en nuestro ordenamiento jurídico. Luego, el estudio se centra en las áreas de restricción, para lo cual se revisó toda la normativa legal y reglamentaria, desde sus inicios hasta la actualidad. Asimismo, se recopiló y analizó la documentación pertinente que da cuenta de la aplicación que han tenido las áreas de restricción. Sobre la base del análisis efectuado, se concluye que la declaración de áreas de restricción es el único mecanismo de tutela preventivo de los recursos hídricos subterráneos que tiene la autoridad, radicando precisamente en ello su importancia. Tal herramienta ha evolucionado en función de velar eficazmente por la sustentabilidad de los acuíferos en el mediano y largo plazo, sin embargo, falta aún, por parte de la autoridad, implementar a cabalidad todas las medidas que lleva aparejada la declaración de un área como de restricción para cumplir realmente con los fines para los cuales ésta fue creada.

Modificações da cobertura natural dos solos podem ocasionar alterações no ciclo hidrológico, que por sua vez podem impactar a disponibilidade de água. Na Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul (BHPS) vem ocorrendo uma substituição de coberturas vegetais em função da expansão de monoculturas de eucalipto. O objetivo desta pesquisa foi verificar os impactos de ordem hidrológica sobre a disponibilidade hídrica (quali e quantitativa) no trecho paulista da BHPS, em decorrência da implantação da atividade de silvicultura de eucalipto para produção de celulose. Para isso, foi utilizado o método de Pegada Hídrica (PH) para avaliar a alocação de água da produção de madeira de floresta nativa e de eucalipto, método que vem sendo aplicado pelo setor silvícola. Foram empregados também métodos de Balanço Hídrico Climatológico, Balanço Hídrico Geral e a abordagem de Serviços Ecossistêmicos para avaliar a relação entre a água e as principais coberturas vegetais da bacia (pastagem, floresta nativa e eucalipto), de forma a permitir uma análise ampliada e integrada do comportamento hidrológico da bacia. Ao analisar os métodos empregados, observou-se que a PH de produtos avalia apenas a eficiência do uso da água, o que pode mascarar altos consumos de água em função de maior produtividade por hectare. Isto porque se obteve menor valor de PH da madeira, em m³ por tonelada para o caso do eucalipto, e maior alocação total de água, em m³ por hectare por ano, em comparação à floresta nativa. Os resultados obtidos pela análise de Balanço Hídrico Climatológico para as principais coberturas vegetais mostraram que o eucalipto apresentou maior evapotranspiração e menor excedente hídrico. Já o Balanço Hídrico Geral, analisado mensalmente, permitiu visualizar que as coberturas vegetais influenciam o serviço de provisão de água e concorrem pelo uso de água com os demais usuários da bacia (naturais e antrópicos) em períodos de menor precipitação. Por fim, concluiu-se que são necessárias medições locais para determinação de volumes de escoamento (superficial e subterrâneo), infiltração, bem como do processo de lixiviação e perdas de solo para apontar de forma mais precisa os impactos hídricos da monocultura de eucalipto. / Modifications in the natural land cover can change the hydrological cycle, which might have an impact on water availability. In the river basin of the Paraíba do Sul river (RBPS), the natural vegetation has been being replaced due to the expansion of eucalyptus monocultures. This research assessed the impacts on water availability (both qualitative and quantitative), caused by eucalyptus forestry for pulp production in the RBPS part in Sao Paulo. The water footprint (WF) method was applied to assess the water used on the cellulose production of native forest and eucalyptus, given the use of this method by the industry. Also, the Climatic Water Balance, General Water Balance methods and the Ecosystem Services approach were used in order to perform an extended and integrated analysis of the hydrological behavior of the basin. By analyzing these methods, it was found that the products WF only assesses the efficiency in water use, which can mask high water consumption with higher productivity per hectare. This because a smaller value for wood WF was observed, in m³/ton for eucalyptus, and higher total water use, in m³ per hectare per year, compared to the native forest. The results observed by the Climatic Water Balance analysis for the main vegetation cover showed that the eucalyptus presented higher evapotranspiration and smaller water surplus. The General Water Balance, analyzed on a monthly basis, showed that the vegetation has an impact on the water provision service and competes for water with other users in the basin (natural and anthropic) in periods with less precipitation. Finally, it was concluded that local measurements are required to determine the runnof volumes (superficial and subsurface), infiltration, as well as the process of leaching and soil loss in order to have a more accurate assessment of the hydrological impacts of the eucalyptus monoculture.

A carência, absoluta ou relativa, de água direcionou diversas ações no sentido de amenizar esse problema. A política nacional de recursos hídricos (Lei 9.433/97), com seus cinco instrumentos de gestão e planejamento, pode ser considerada o principal marco. Entre esses instrumentos, encontra-se o sistema de informações, que tem por finalidade coletar, armazenar e disponibilizar dados para uma gestão racional. É nesse âmbito e no sentido de contribuir para a evolução desses sistemas, que se apresenta essa tese de doutoramento. O tema principal trata da implementação de um sistema de suporte a decisões – SSD com base nos conceitos da programação orientada a objetos – POO, forma esta de programação que procura representar os sistemas por meio de classes de maneira a buscar a semelhança à realidade. Esse SSD, denominado de ARENA (análise de recursos naturais), é composto de um sistema de informações geográficas – SIG, dois simuladores (simulação do fluxo de águas subterrâneas e do ciclo hidrológico superficial), uma base de dados georeferenciada e módulos de acesso aos dados. A forma como os simuladores foram implementados, baseado em conceitos da POO e suas integrações às entidades geométricas do SIG, é apresentada como contribuição. No ARENA, o SIG não é apenas utilizado nas fases de pré e pós-processamento de dados para modelos, e sim no processo de simulação. Aplicações do ARENA a uma bacia hidrográfica (escoamento superficial) e a dois sistemas hipotéticos (escoamento subterrâneo) são apresentados ao final do trabalho. A maneira como esse SSD foi implementado induz ao desenvolvimento de simuladores adicionais sem realizar modificações nos pacotes já implementados neste trabalho, sendo facilitada a utilização dos pacotes que compõem esse SSD / The relative or complete lack of water has been directing various actions in order to solve this problem. The national water resources politic (Law 9.433/97) with its five instruments for water resources planning and management can be considered the main action. Among these instruments, it is found the information system that has as purpose to collect, store and turn it into available data to the rational management. In this scope and in order to give some contributions to the improvement of these systems, this Ph.D. thesis is presented. The main topic deals with the decision support system (DSS) implementation based on oriented object – OO, a kind of programming which tries to represent systems through classes very closely to the reality. This DSS, called ARENA (análise de recursos naturais, in Portuguese), is made up of a geographic information system (GIS), two models (a groundwater model and a distributed rainfall-runoff model), a georeferenced database and graphic user interfaces (GUI). The way the models were built, based on OO concepts and its integration to GIS geographic data, is presented as contribution. In the ARENA, the GIS is not only used in the pre and post processing steps, but also in the simulation. The ARENA applications were carried out for two examples, a watershed (surface water simulation) and a hypothetic system (groundwater simulation), both presented in the end of this study. The way this DSS was built induces to the development of other models without modifications in the existing packages, so that the development of new applications becomes easy because the use of existing packages that made this DSS up

Os eventos hidrológicos se tornaram recorrentes nos últimos anos no Brasil. Diversos elementos contribuem para o aumento da frequência destes eventos nas áreas urbanas, entre eles se destaca o uso e ocupação do solo inadequados, que tornam as cidades brasileiras cada vez mais vulneráveis, acarretando prejuízos a população, chegando a vítimas fatais em alguns casos. A gestão de risco relacionada aos desastres naturais muita das vezes se restringe ao uso do monitoramento da chuva como elemento deflagrador da emissão de um alerta de risco e deixa de considerar o sistema de drenagem implementado no município como um elemento que fomenta tais eventos. Com intuito de auxiliar na tomada de decisão dos gestores, este trabalho avaliou a estimativa de precipitação do produto Merge (Cptec/INPE) e o comparou com as estações do INMET em quatorze municípios brasileiros contidos na área de estudo proposta. Além disso, também desenvolveu a ferramenta Monte Carlo que estima valores de precipitação, em função de dados de precipitação do produto Merge em conjunto com fatores condicionantes para as áreas Alfa e Beta do estudo, finalizando com a geração de um arquivo para simulação hidráulica no software livre SWMM. As análises dos resultados obtidos foram avaliadas utilizando o Erro médio (EM) e a Raiz do erro médio quadrático (REMQ) para o período de 21 novembro a 1º de dezembro de 2017. Os resultados observados apontaram para variações entre o produto Merge e as estações do INMET que podem ter sido ocasionados pela diferença espacial e temporal da varredura do satélite em relação ao acumulado do pluviômetro. A área Beta apresentou melhores resultados do que a área Alfa, sendo este fato explicado pela proximidade com a estação Uberaba (A5568) e pela amostra de valores estimados de precipitação serem mais representativos para o evento estudado do que para a área Alfa para o evento estudado. Em relação a simulação hidráulica realizada na bacia hidrográfica do córrego das Lages, os resultados obtidos apresentaram uma correlação melhor para a precipitação estimados pela área Beta, com destaque para os nós localizados no córrego das Bicas e no córrego das Lages na região próxima a junção destes dois afluentes que atingiram a cota de transbordamento de referência do estudo. Portanto, a ferramenta computacional Monte Carlo, associada ao software SWMM mostrou-se satisfatória e possível de ser utilizada para auxiliar os gestores da tomada de decisão de envio de alertas para áreas de risco hidrológico. / Hydrological events have become recurrent in recent years in Brazil. Several elements contribute to increasing the frequency of these events in urban areas, including inadequate land use and occupation, which render Brazilian cities increasingly vulnerable, resulting in losses to the population, leading to some cases of fatalities. Risk management related to natural disasters often restrict itself to the use of atmospheric monitoring as a triggering element for the issuance of a risk alert and fails to consider the drainage system implemented in the municipality as an element that encourages such events. In order to assist managers in decision making, this work evaluated the precipitation estimation of the Merge product (Cptec / INPE) and compared it with the INMET stations in fourteen Brazilian municipalities within the proposed study area. In addition, it also developed the Monte Carlo tool that estimates precipitation values as a function of precipitation data of the Merge product together with conditioning factors for the Alpha and Beta areas of the study, ending with the generation of a file for hydraulic simulation in the software free SWMM. The analysis of the obtained results was evaluated using the Mean Error (EM) and Root Mean Square Error (REMQ) for the period from November 21 to December 1, 2017. The observed results pointed to variations between the Merge product and the seasons of the INMET that may have been caused by the different spatial and temporal of the satellite scan in relation to the accumulated rain gauge. A Beta area has a result that is an Alpha area, a fact explained by the proximity to Uberaba station (A5568) and by the sample of estimated values of the more representative attraction for the studied event than for an Alpha area for the event studied. In relation to the hydraulic simulation performed in the Lages stream water catchment area, the results obtained presented a better the correlation for the precipitation estimated by the Beta area, especially the nodes located in the Bicas stream and in the Lages stream in the region near the junction of these two tributaries that reached the reference overflow the quota of the study. Therefore, the Monte Carlo computational tool, associated to the SWMM software, was satisfactory and possible to be used to help decision-makers to send alerts to hydrological risk areas.