Geólogo / En esta memoria se presentan los resultados hidrogeoquímicos para la Cuenca de Santiago utilizando la base de datos de la Dirección General de Aguas (DGA), disponible en forma pública en su sitio internet. La información seleccionada corresponde a los parámetros físico-químicos para los años 2001, 2006 y 2010 de las estaciones de aguas subterráneas ubicadas en la Cuenca de Santiago. A la vez, se han considerado datos de aguas superficiales para compararlas con las subterráneas. Con el uso de diagramas Piper y Stiff, relaciones iónicas, análisis estadísticos y mapas de distribución, aplicados a los datos de aguas subterráneas, se han reconocido dos grupos de aguas diferentes desde el punto de vista composicional; el primero con menores concentraciones iónicas (conductividad: < 800 µs/cm) y de tipo SO42- - HCO3- - Ca2+ y, el segundo, con mayores concentraciones (conductividad: 850-1900 µs/cm) y de tipo SO42- - Cl- - Ca2+. Además, existe una distribución espacial de los dos grupos: el primero corresponde a las estaciones ubicadas en el límite S y al E de la cuenca y, el segundo, agrupa los puntos de control situados en la zona centro y O, evidenciando un incremento de la concentración en el sentido general del flujo de las aguas subterráneas. Se observa una influencia en el quimismo asociada a la distancia al área de recarga principal, que es la Cordillera, y al recorrido por diferentes litologías en el relleno. En las áreas donde existen aguas recién infiltradas y/o el acuífero se encuentra confinado, se ubican las muestras del primer grupo. Técnicas como el diagrama de Gibbs y las razones iónicas indican que la interacción con el relleno sedimentario y procesos de evaporación juegan un rol importante en la química de las aguas subterráneas y corroboran la presencia de dos grupos, en particular la razón rNa/rCl evidencia esta diferencia. Por otro lado, las mayores variaciones temporales de las concentraciones se dan en los iones de SO42-, Cl- y Ca2+, en algunos casos, relacionado a actividad antrópica. Con la utilización de gráficos de TSD versus los elementos mayores se observó que la concentración de la mayoría de éstos podría estar, en parte, influenciada por actividades antrópicas. Se identificaron valores anómalos asociados a posibles focos de contaminación relacionados a un ex vertedero, a pozos próximos a cementerios y a áreas agrícolas. Comparando aguas superficiales y subterráneas se observa que su composición química es similar. Las pequeñas diferencias se deben a una mayor concentración de sulfatos y de elementos menores como arsénico y hierro, posiblemente relacionados a procesos naturales como disolución de yeso, presencia de yacimientos mineros y a contaminación antrópica. Con el análisis realizado se puede concluir que la química de las aguas subterráneas se encuentra influenciada por la interacción con el relleno sedimentario y por procesos antrópicos, los que modifican las concentraciones de los componentes químicos.

Ingeniero Civil / La mayor parte de los cursos superficiales de agua disponibles en los valles de Chile Central se originan a partir de los procesos físicos que tienen lugar en la cordillera. La acumulación en nieve promueve el almacenamiento en la cuenca, permitiendo así contar con un suministro de agua persistente y estable en el tiempo de deshielo, atenuando el volumen de las crecidas pluviales. En este trabajo se estudian las condiciones del manto y de precipitación que tienen lugar en la cuenca Mapocho en Los Almendros. Mediante las observaciones de la estación meteorológica UChile - Valle Nevado, se analiza la acumulación y la evolución de la nieve depositada, gracias a la instalación de equipamiento que permite medir la nieve equivalente en agua (en inglés SWE) y la densidad de la nieve en forma instantánea y automatizada. Luego de ello se emplea la plataforma Cold Regions Hydrological Model (CRHM), para realizar un balance de transferencia de masa-energía, con el objetivo de evaluar el comportamiento del SWE y contrastar sus resultados con las mediciones de la estación. Posteriormente, ello da pie a extender el modelo de nieve a toda la cuenca, para finalmente desarrollar un modelo hidrológico que simule la respuesta en escorrentía superficial de la cuenca. Las observaciones recopiladas permiten contar con información detallada del manto, permitiendo da sí escribir procesos a pequeña escala. Por último, se logra elaborar un modelo de derretimiento de nieve, en base un balance de energía-masa donde se cuantifican flujos de entrada y salida, obteniendo una correlación satisfactoria con los datos observados.

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.

Magíster en Economía Aplicada / El servicio de agua potable en la mayoría de los países de América latina enfrenta restricciones presupuestarias no lineales, ya que se cobra por tramo de consumo, y a mayor consumo mayor es el precio que se paga por metro cúbico. Esta característica implica que la demanda de agua enfrenta una restricción no lineal, lo que no permite identificar en primera instancia el efecto real que una variación en el precio pueda tener sobre el consumo. Esto es lo que se conoce como la endogeneidad, que surge cuando las variables explicativas (o independientes) de un modelo no son exógenas, sino que están correlacionadas con el error. En este caso, una de las variables explicativas es el precio, el que depende a su vez del consumo (que sería la variable dependiente), generando la endogeneidad que es necesario corregir. En términos teóricos definir las variables correctas que expliquen el consumo de agua y modelar la restricción no lineal de estos servicios, son los problemas más comunes al momento de estimar funciones de demanda para el sector. En el presente trabajo se estima la función de demanda por el servicio de agua en la cuenca del Jequetepeque en el Perú. Se corrige la endogeneidad de la estructura tarifaria de 2 formas: La primera, reagrupando las observaciones que están alrededor de los puntos de corte (existen 3 bloques de consumo), usando la varianza como instrumento para tal fin. La segunda herramienta, es la aplicación del modelo econométrico conocido como discreto continuo, que internaliza la restricción no lineal y modela directamente la elección del bloque de consumo y su nivel de consumo asociado. La estimación se hace mediante máxima verosimilitud. La base de datos se construye a partir de una encuesta realizada en Jequetepeque para obtener la máxima disposición a pagar por una mejora en el servicio de agua, y la información de tarifas se obtiene de las tablas tarifarias de cada uno de los municipios que se incluyen en la base. Se obtiene una elasticidad precio de -0.319 y una elasticidad ingreso de 0,17. Así mismo, la variable de interacción indica que a menores ingresos, esta elasticidad es -0,12. Los valores obtenidos indican que las familias con menos ingresos ajustan en una menor proporción su consumo ante un aumento en el precio, y por tanto su consumo actual es cercano al de subsistencia. En el caso de la elasticidad ingreso, el valor obtenido indica que el aumento en el consumo por mayores ingresos es pequeño.

Ingeniero Civil Industrial / El trabajo de título a realizar consiste en la actualización del modelo hidrogeológico existente, desarrollado por el SERNAGEOMIN (2011), para el acuífero de Copiapó en el tramo entre La Puerta y Angostura, III Región de Atacama. Los recursos subterráneos en este sector han sufrido, en los últimos tiempos importantes descensos sostenidos en sus niveles. Ésto debido a los altos caudales de extracciones en el sector, comparado con la capacidad de recarga del acuífero. Se tienen como objetivos del trabajo complementar el catastro de aguas subterráneas para la cuenca de Copiapó, con la información hidrométrica actual y caudales de demanda entregados por la empresa sanitaria Aguas Chañar y minera Candelaria. Con esto, recalibrar el modelo hidrogeológico para analizar el efecto de futuros proyectos o instalaciones de las entidades recién nombradas, además de los efectos generados por la pérdida de rendimiento de los pozos, en particular los pertenecientes a la empresa sanitaria Aguas Chañar. Para su realización, se revisarán proyectos anteriormente desarrollados para obtener datos y antecedentes del sector. Con un catastro de las demandas para los recursos subterráneos a la fecha, se complementará el modelo hidrogeológico. Se espera obtener un balance más detallado de los recursos hídricos subterráneos del sector en estudio y un modelo que permita simular distintos escenarios para proyectos que se encuentran en discusión, para establecer medidas que permitan enfrentar la situación de escasez, mejorando la gestión de los recursos

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Ingeniero Civil / El Valle de Azapa concentra la producción agrícola de la Región de Arica y Parinacota. La capacidad de almacenamiento del acuífero de la zona permite sustentar la demanda hídrica entre las temporadas de lluvias que se concentran en los meses de verano y durante periodos de sequía que pueden extenderse por décadas. Es por esto que el acuífero juega un rol de embalse natural de regulación del sistema. Debido al incremento de la demanda hídrica, se estima que el sistema se encuentra cercano a la sobreexplotación en el largo plazo. El principal objetivo de este estudio, es entender como cambios en las precipitaciones, producto del cambio climático, pueden afectar la recarga del acuífero y como distintos escenarios de extracción influyen en el comportamiento del acuífero, para de esta forma determinar la sustentabilidad del sistema en el mediano y largo plazo. La metodología empleada consistió en utilizar el modelo hidrogeológico utilizado por la Dirección General de Aguas del Ministerio de Obras Públicas, proyectando las recargas futuras en función de una correlación de estas con las precipitaciones históricas, bajo escenarios climáticos de reducción de las precipitaciones hasta en un 40% a lo largo de un periodo de 100 años. A esto se suman proyecciones de incremento y reducción de las extracciones en un 10% para analizar la sensibilidad a estos. Los efectos de estos escenarios resultan en una disminución en los caudales de vertientes y afloramientos en el sector bajo, junto con una reducción en el almacenamiento del acuífero, siendo este último cercano a un 23% en el escenario más crítico (40% menos de precipitaciones y 10% más de extracciones), con un efecto focalizado en el sector bajo del acuífero, reduciendo la capacidad real de extracciones.

A nivel mundial existe una creciente preocupación por las consecuencias del cambio climático global, debido a las variaciones que se han observado en los eventos meteorológicos actuales, y que se espera, se intensifiquen en el futuro. Esta situación puede alterar la seguridad hidrológica de las obras hidráulicas construidas y en proyecto, al haber sido diseñadas a base de información considerada invariante en el tiempo, lo que se traduce en modificaciones de los períodos de retorno con que _estas se diseñan y generar por consiguiente problemas para la población ubicada aguas abajo de estas obras. Este trabajo es desarrollado en cuencas pluviales de la zona costera de la Región del Bio Bio y su objetivo principal es estudiar la variación de la seguridad hidrológica de obras hidráulicas para el escenario de emisiones A2 en el período 2070-2100. Para esto, se calibra y valida el modelo hidrológico GR4J en aquellas cuencas con información fluviométrica, utilizando como entradas al modelo las series de precipitación y evaporación media diaria observadas en estaciones cercanas a las cuencas de estudio. Posteriormente los modelos calibrados son utilizados para determinar las series de caudales actuales y futuros, a partir de la información meteorológica proporcionada por el modelo PRECIS DGF, previamente corregida de modo que sea representativa de las cuencas estudiadas. Finalmente se realiza un análisis de frecuencia con el que se determinan los caudales y períodos de retorno para la línea base y el escenario A2. Se realiza también un análisis en cuencas sin información fluviométrica, para lo cual se determinan los parámetros operacionales del modelo por medio de correlaciones entre éstos e índices que dependen de la geomorfología de la cuenca. Estos parámetros permiten determinar la variación de los períodos de retorno y caudales actuales y futuros del mismo modo en el que se realizó para las cuencas con información fluviométrica. Los resultados obtenidos indican una disminución de los caudales de crecidas en un rango entre 56% y 8 %, dependiendo de la cuenca y del período de retorno considerado. En general, mientras mayor es el período de retorno, menor es la variación del caudal. La seguridad hidrológica de las obras hidráulicas presenta un incremento en el período 2070-2100, debido al aumento de los períodos de retorno de diseño en el escenario A2.

Os efeitos das alterações de uso da terra na hidrologia das bacias hidrográficas têm sido, ao longo dos anos, amplamente discutidos para pequenas bacias experimentais. O uso de modelos hidrológicos para descrever esse tipo de processo tem se tornado promissor no que tange o estudo de grandes bacias. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é avaliar uma metodologia para analisar o impacto das mudanças de uso da terra sobre o regime hidrológico em bacias hidrográficas de grande escala. Este estudo foi realizado por meio de simulação. Para isso foi utilizado um modelo hidrológico distribuído de base física, o Modelo de Grandes Bacias (MGB-IPH). Para realizar simulações de impactos das mudanças de uso da terra, inicialmente avaliou-se a capacidade do modelo MGB-IPH de captar as alterações produzidas pelas mudanças de uso. A análise de sensibilidade mostrou que a vazão gerada na bacia é inversamente proporcional aos parâmetros de índice de área foliar (IAF) e de altura média da vegetação (h), uma vez que quanto maior o IAF, mais interceptação ocorrerá na bacia e, quanto maior o valor de h, mais facilidade haverá nas trocas aerodinâmicas, ambos favorecendo o processo de evaporação. Já em relação aos parâmetros albedo (a) e resistência superficial (rs), a vazão gerada é diretamente proporcional, pois quanto maior o a maior a energia refletida pela superfície e, consequentemente menos energia estará disponível para o processo de evaporação. Em relação à rs, o seu aumento implica em uma menor perda por transpiração, disponibilizando mais água para gerar escoamento. As simulações de análise de sensibilidade mostraram que o MGB-IPH reproduz, de forma coerente, o comportamento médio das bacias submetidas ao desmatamento em um grande número de estudos experimentais. Assim, avaliou-se os impactos das mudanças de uso da terra no regime hidrológico em bacias de grande escala através de um estudo de caso. Este estudo de caso foi realizado na Bacia Hidrográfica do Rio Paraná. Os resultados das simulações mostraram que o desmatamento possui forte influência sobre as variáveis hidrológicas, como interceptação, evapotranspiração e vazão. Devido ao desmatamento foram verificadas reduções na interceptação e na evapotranspiração ao longo dos anos. Em relação a vazão, verificou-se que as simulações foram capaz de captar a não estacionariedade existente nas vazões observadas. Além disso, foi possível verificar que a vegetação pode ser associada a 39% dos incrementos observados na vazão média de longo termo, quando comparados os períodos anterior e posterior a 1970 na Bacia Hidrográfica do Rio Paraná. Já as variações na precipitação são responsáveis por 61% dos impactos na vazão média. Em relação às vazões extremas foram verificados incrementos, sendo eles mais expressivos nas vazões mínimas do que nas vazões máxima. Assim, pode-se afirmar que a metodologia proposta é consistente com os efeitos observados na bacia e com os resultados de estudos experimentais realizados em diferentes regiões do mundo. / The effects of land use change on the hydrology of watersheds have been widely discussed during several years in small basins. The hydrological models have been promising for describe the effects of land use change in hydrology in large basins. Thus, the aim of this study was to evaluate a methodology to study the impact of land use changes on the hydrological processes in large basins. This study was conducted by hydrological simulation. For this, a physically based distributed hydrological model, Modelo de Grandes Bacias (MGB-IPH), was used. The ability of MGB-IPH model for study the effects of land-use change in hydrology processes was first analyzed. The results of sensibility analysis showed that the flow generated in the basin is inversely proportional to the parameters of leaf area index (LAI) and average vegetation height (h), since the higher the LAI more interception, and the higher the h easier will be the aerodynamic changes, both favoring the evaporation process . The flow is directly proportional to the parameters albedo (a) and surface resistance (rs), since the greater the a, more energy reflected by the surface, and consequently less energy is available for the evaporation process. The increasing in rs parameter implies a smaller loss by transpiration, and then more runoff is generated. The sensibility analysis showed that the MGB-IPH reproduces consistently, the average behavior of the basins subjected to deforestation on a large number of experimental studies. Thus, we evaluated the impacts of land use changes on the hydrological regime in large-scale basins by a case study. This case study was conducted in the Paraná River Basin. The simulation results showed that deforestation has a strong influence by hydrological variables, such as interception, evapotranspiration and flow. Due to deforestation were observed interception and evapotranspiration reduction over the years. It was found that the simulations were able to capture the non-stationarity in the observed streamflows. Furthermore, we found that 39% of the observed increase in average flow of long term is due to vegetation change, when comparing the periods before and after 1970 in the Paraná River Basin, while the 61% is due precipitation changes. Increments were observed in extreme flows. These increments were more evident at low flows than the maximum flow. Thus, it can be stated that the proposed methodology is consistent with the effects observed in the Rio Paraná basin and with the results of experimental studies conducted in different regions of the world.

Ingeniero Civil / El cambio climático es un proceso que afecta y seguirá afectando diversos fenómenos naturales, entre los que se encuentra el ciclo hidrológico de vital importancia para la generación hidroeléctrica. Para evaluar el impacto sobre esta actividad, en la cuenca del Alto Cachoapal, en esta memoria se desarrollan modelos hidrológicos de los ríos Pangal, Cachapoal y Cipreses y modelos operacionales de las centrales Chacayes, Coya y Pangal, los cuales en conjunto con proyecciones meteorológicas, bajo escenarios de cambio climático, permiten realizar pronósticos, en este caso, para el período comprendido entre los años 2040 a 2070 en ese lugar. El trabajo para hacer la evaluación señalada, se desarrolla en tres secciones. Estas secciones son: a. Creación de bases de datos por medio de proyecciones para el periodo futuro sobre variables meteorológicas, en particular de precipitaciones y temperaturas, utilizando los modelos climáticos de circulación global ECHAM5 y MK3.6, bajo escenarios SRES-A1B y RCP6.0, respectivamente, debidamente procesados para representar el contexto local. b. Calibración de modelos hidrológicos para los ríos de interés, los que una vez planteados permiten pronosticar sus caudales en periodos futuros, utilizando como información de entrada los pronósticos de las variables meteorológicas. c. Diseño de modelos operacionales de las centrales hidroeléctricas de interés, que, al utilizar las series de caudales proyectadas, permiten estimar los cambios esperados con respecto a un periodo de línea base. Como consecuencia de los procedimientos anteriores, se obtuvieron los siguientes resultados: a. Ambos modelos de circulación global predicen una disminución cercana a un 20% de las precipitaciones en la cuenca y un aumento de 2°C a 4°C en las temperaturas, tanto a nivel mensual como anual. b. Se pronostican cambios en los regímenes hidrológicos de las cuencas: la ocurrencia del caudal máximo se adelanta, así como también el inicio del periodo de deshielo; el caudal medio anual disminuye entre un 20% y un 40%, según qué modelo climático e hidrológico se utiliza. c. La generación hidroeléctrica de la central Chacayes disminuye entre un 11% y un 22% y el de la central Coya entre un 2% y un 7%. En la central Pangal se presenta un comportamiento disímil según sea el modelo, haciendo variar la distribución mensual de producción, pero sin generar una disminución de la potencia. Además, se observa un cambio en la distribución temporal de los meses con mayor generación.