Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / En América Latina la implementación de sistemas de Pago por Servicios Ambientales (PSA) se extiende como un instrumento innovador para financiar la conservación de la naturaleza y el buen manejo de los recursos naturales. Sin embargo, aún se presenta como una nueva herramienta de gestión medioambiental donde las variables locales y las condiciones previas a su instalación pueden determinar su potencial éxito, por lo que existen múltiples recomendaciones y desafíos para mejorarlos. Dado que en Chile aún no se llevan a cabo iniciativas de este tipo, se estimó relevante y necesario abordar el estudio de los PSA en general y de los PSA Hídricos en particular dada la condición estratégica de ese recurso, mediante la identificación y síntesis de los requerimientos previos que son necesarios para implementarlos en el país. Con ese propósito el trabajo se dividió en tres etapas. El primer paso consistió en analizar y sintetizar la literatura de sistemas de PSA, mediante el método teórico de “Análisis y Síntesis”, que permitió identificar las condiciones y elementos que pueden influir en la implementación de un PSAH. En la segunda etapa, se revisó el marco legal e institucional relacionado a los recursos hídricos en Chile y se seleccionaron las características pertinentes a los requerimientos identificados y seleccionados en la etapa anterior. Finalmente, en la tercera etapa, mediante el cruce de los resultados de las etapas precedentes, se sintetizaron los hallazgos que pueden limitar la viabilidad o factibilidad de implementación de un PSAH en relación al marco legal e institucional del país. Los resultados muestran condiciones que es necesario considerar como requisitos previos a la implementación de sistemas de PSAH en Chile. En efecto, los hallazgos señalan que el marco legal e institucional en materia de recursos hídricos en el país, supone limitaciones. Entre ellas se cuentan la dispersión de las distintas funciones que desarrolla el Estado en materia de aguas, la falta de coordinación entre las políticas sectoriales y las de gestión de los recursos hídricos y la importante cantidad de usos consuetudinarios y de derechos antiguos de aprovechamiento de aguas, que no están inscritos en los Registros de Aguas. Los resultados también indican que existen elementos que brindarían viabilidad o potenciarían el éxito del funcionamiento de un PSAH, por ejemplo, el que la Constitución Política de Chile reconozca los derechos sobre las aguas y que a su vez el Código de Aguas establezca sus condiciones y características específicas constituye un ejemplo y una de las evidencia más destacables de la potencial viabilidad que confiere el marco legal chileno a la implementación de un PSAH. Por lo tanto, atendidas las limitaciones identificadas, es posible concluir que sería viable (desde el punto de vista legal e institucional) la implementación de un sistema de PSAH en el país.

No description available.

En Chile la mayoría de las centrales hidroeléctricas en operación, que abastecen al Sistema Interconectado Central (SIC), se ubican al norte de la cuenca del Bío Bío, alimentadas por ríos de régimen predominantemente nival. Inclusive las centrales que se ubican en la desembocadura de los ríos en el Océano Pacífico, los que presentan un régimen pluvial, dependen igualmente del escurrimiento proveniente del deshielo. Es incuestionable que en la medida que se tenga un conocimiento más completo de la magnitud de los recursos hídricos se podrá tener mayor control sobre ellos. Es en este contexto que en Chile se realizan desde mediados de los años 50 pronósticos del escurrimiento de deshielo, los que permiten elaborar programas de generación y de planificación de las actividades desarrolladas. El presente Trabajo de Título tiene como principal objetivo la elaboración de modelos de pronóstico de caudales medios mensuales de deshielo para las cuencas de los ríos Baker y Pascua, pertenecientes a la XI región de Aysén del General Carlos Ibáñez del Campo. La memoria se realiza para la Empresa de Ingeniería Ingendesa, apoyando los estudios del Proyecto Hidroeléctrico Aysén (PHA), responsabilidad del conglomerado HidroAysén formado por Endesa S.A. y Colbún S.A., que considera la construcción de cinco centrales de embalse, dos en el río Baker y tres en el Pascua. Los objetivos planteados se enfrentaron a través de modelos de pronóstico en que se incluyeron las variables relevantes del fenómeno en estudio relacionadas mediante la aplicación de métodos estadísticos. Para esto se utilizó tres tipos de modelos; basados en el planteamiento de regresiones múltiples; fundados en el análisis de las componentes principales y los modelos de redes neuronales. Los modelos de regresiones múltiples y los de componentes principales son de tipo lineal, es decir, relacionan la variable dependiente, en este caso el volumen de deshielo, con las variables independientes a través de una función lineal. Por otra parte los modelos de redes neuronales relacionan la variable dependiente con las variables independientes a través de una red formada de neuronas que se conectan y transmiten información utilizando una función que puede ser del tipo no lineal. En el presente trabajo de título se utiliza la función sigmoide por ser representativa de la generación de escorrentía. La región de Aysén presenta un patrón de precipitaciones distribuidas en mayor medida en el invierno, pero con un porcentaje no menor en el período estival, lo que se afrontó a través del desarrollo de dos tipos de modelos; primero incluyendo solo variables conocidas al día de realización del pronóstico; y los segundos incorporando las precipitaciones de deshielo. Solo los primeros modelos serán útiles para el pronóstico, los del segundo tipo son únicamente de uso referencial. Otra de las finalidades del presente trabajo consiste en concluir en base a los resultados de los modelos de pronóstico para cada punto de control acerca de la necesidad de complementar la red hidrometeorológica actual en caso que sea necesario. Para ello se presenta una recomendación de los tipos de datos que se requieren y la ubicación tentativa de las estaciones en que se medirían. Finalmente se concluye que los modelos que mejor representan el fenómeno en estudio son los basados en las redes neuronales, con los cuales se obtuvo un coeficiente de correlación del orden de 0.9 para todos los puntos de pronóstico y se minimizaron los errores en comparación a los modelos lineales, por lo que se recomienda dicha metodología para el pronóstico en la zona. Por lo demás se sugiere mejorar y complementar los modelos con la inclusión de otras variables o de datos de otras estaciones de la zona.

El presente trabajo de título analiza el concepto de Huella Hídrica (WFP por sus siglas en inglés) y su aplicabilidad en la producción lechera en predios de Chile. La WFP mide la cantidad de agua consumida en un proceso productivo, a lo largo de su cadena de suministros. Para estimar este valor, se debió definir un sistema de producción, estudiar sobre el consumo de agua en el proceso, indagar acerca del origen del agua consumida, y establecer la calidad y cantidad del agua que retorna al medio ambiente. La WFP se divide en tres componentes: WFP azul y WFP verde, las que indican el origen del agua consumida, y WFP gris, la cual mide el consumo de agua producto de una descarga a un cuerpo receptor. El proceso de producción de leche cuenta con una etapa predial y una etapa industrial. En la etapa predial se requieren insumos para producir leche cruda, tales como alimento, fertilizantes, medicamentos y herramientas. En la etapa industrial, la leche es transportada a la industria lechera, se procesa y finalmente es puesta en el comercio. Este estudio se enfoca en la etapa predial, donde se generan los principales consumos de agua. Se investiga la WFP de un litro de leche cruda en siete predios lecheros, característicos de los distintos sistemas productivos existentes en Chile, entre las regiones Quinta y Décima. Se analiza la disponibilidad de datos necesarios para el cálculo de la WFP, por parte de los predios, y se propone una metodología de cálculo para los sistemas lecheros del país. El valor de la WFP obtenida es aproximadamente de 300 litros de agua por litro de leche y aumenta levemente de sur a norte, a medida que los sistemas se tornan intensivos. La componente más relevante de este valor es la productividad de cultivos de alimentos para las vaca, esto es, los kilogramos de materia seca por hectárea, y su evapotranspiración. El valor obtenido es muy sensible a la productividad de cultivos, por lo que se sugiere tener mayor precisión de este valor. Se encontraron limitaciones metodológicas para la obtención de la WFPgris, debido a su dependencia con respecto a las normas de calidad y a la falta de ellas en Chile. Existieron además limitaciones prácticas referidas a la medición de datos, por lo cual se debió utilizar valores promedio. Finalmente se concluye que el indicador WFP es una herramienta útil para medir el consumo de agua de la producción de un litro de leche cruda y de la cadena de sus suministros. Sin embargo, se debe ahondar en la precisión y metodología de los datos registrados a nivel predial, de manera de lograr que este indicador sea un aporte al desarrollo sustentable del rubro lechero.

Ingeniero Civil / La baja cantidad de estaciones de monitoreo es la principal dificultad cuando se estudia la dinámica del manto nival en cuencas de la zona central de Chile. Debido a esto, se propone estimar la temperatura del aire (factor influyente en el balance energético y en la distribución del manto nival) a través de imágenes satelitales MODIS e información de estaciones meteorológicas. Para estudiar los efectos de la metodología propuesta para el cálculo de la temperatura del aire, se calibran siete y validan cuatro años (periodo comprendido entre abril de 2001 marzo 2012), utilizando el modelo hidrológico VIC en las cuencas definidas por las estaciones hidrometeorológicas Aconcagua en Chacabuquito, Juncal en Juncal, y Colorado en Colorado. Los resultados encontrados en la calibración se consideran aceptables (Eficiencia de Nash-Sutcliffe > 0,76), lo mismo pasa en la validación, ya que se mantiene la misma tendencia con valores de Nash-Sutcliffe > 0,65. A continuación, dado que la metodología en el cálculo de la temperatura del aire a través de imágenes satelitales tiene un error asociado, se generan 90 series sintéticas de temperatura del aire que tienen los mismos estadísticos que la serie original. Estos resultados se incluyen dentro del modelo hidrológico durante todo el periodo, representando el caudal modelado como una banda de incertidumbre. Con dicha banda, la eficiencia Nash Sutcliffe aumenta notoriamente, con valores sobre 0,78 para todas las cuencas. Una vez que se obtiene la banda de incertidumbre, se efectúa el pronóstico estacional para la cuenca Aconcagua en Chacabuquito en el período de deshielo comprendido entre el 1 de septiembre de 2012 y el 31 de marzo de 2013, con las respectivas actualizaciones hasta el 1 de octubre y 1 noviembre de 2012. Los tres pronósticos se comparan con el tradicional entregado por Dirección General de Aguas (DGA). Los resultados entregados por VIC y por la DGA se comportan de manera similar y consistente con lo observado hasta cada fecha de actualización. En el caso de VIC, el caudal observado siempre es incluido dentro la banda de incertidumbre. Finalmente, se utilizan las imágenes satelitales MODIS de cobertura nival y se comparan con el equivalente en agua entregado por el modelo VIC. Ambos resultados muestran una dinámica del derretimiento muy similar, incluso se logra presenciar nieve que no se derrite de un año a otro, la que podría estar siendo incorporada al sistema en forma de glaciar.

Ingeniero Civil / El trabajo de título a realizar consiste en la confección de propuestas para la cuenca Río Claro en Tunca en la VI Región, con el fin de adaptarla a un escenario de rápido crecimiento económico regional donde existe un balance entre el uso de fuentes de energía fósil y no fósil, este escenario se denomina A1B. En esta cuenca la principal actividad económica es la agricultura donde el 42% de sus 943 Km2 están destinados a variados cultivos. Estos cultivos se verán afectados por los cambios en la disponibilidad de agua en el siglo XXI debido al cambio climático. El objetivo general es estudiar posibles adaptaciones que se deben realizar en la cuenca agrícola del Río Claro en Tunca, para enfrentar las variaciones en la disponibilidad del recurso debido al cambio climático. La presentación de estas medidas de adaptación tiene como finalidad utilizar eficientemente los recursos hídricos disponibles con las nuevas condiciones climáticas. Para ello debemos recopilar antecedentes de la cuenca para lograr un modelo que represente la hidrología de la cuenca Río Claro en Tunca y obtener la disponibilidad futura del recurso hídrico, a partir de la cual se estudiarán las adaptaciones necesarias en la cuenca. Se pretende obtener medidas concretas orientadas a la adaptación de los procesos agrícolas, tanto en el ámbito de la eficiencia en el uso futuro del recurso hídrico como en el tipo de cultivos, de tal forma de maximizar los beneficios de los habitantes de la cuenca Río Claro en Tunca en la VI Región. Los resultados indican que en el periodo 2015-2074 no existiría una variación significativa en lo que respecta al caudal anual disponible en la estación Río Claro en Tunca, un aspecto importante es que los caudales invernales aumentarían y los estivales disminuirían, esto esta correlacionado directamente con el aumento de las temperaturas y el consecuente descenso en la acumulación de nieve. El aumento de temperatura sería de .05 [°C/año] y la acumulación de nieve bajaría en un 40% a fines del periodo 2015-2074. Ante el cambio climático que afectara la cuenca y la creciente demanda de recursos hídricos para cultivos de la zona, las medidas de adaptación más útiles son: la diversificación de los cultivo aumentando las áreas dedicadas a paltos, manzanos, trigos, etc. y la ampliación del embalse Los Cristales peraltando su muro en 10 metros aumentando su capacidad en un 44%, de esta manera el embalse abastecería la cuenca en la temporada seca con una mayor cobertura.

Ingeniero Civil / El Cambio Climático es un fenómeno que poco a poco va adquiriendo mayor importancia debido a las grandes repercusiones que trae consigo. Actualmente, se está generando conciencia a nivel mundial con el objetivo de promover medidas, a nivel internacional y local, para disminuir las consecuencias debido al aumento de temperatura de nuestro planeta. Es por ello, que para entender y estar preparados como país frente a este fenómeno, se deben analizar y determinar cuáles serán los efectos puntuales en las zonas de Chile, asociados tanto al suministro de agua potable como también por ejemplo, asociados al diseño de obras frente a posibles inundaciones. En consecuencia, el siguiente trabajo de título busca disminuir la incertidumbre en la zona del Valle del río Cogotí respecto a los efectos negativos del calentamiento global, específicamente, asociados al suministro y disponibilidad de agua para sistemas de Agua Potable Rural (APR) de la zona. Para estos efectos, se determina la disponibilidad futura del recurso hídrico en el sector utilizando el modelo hidrológico Water Evaluation And Planning System (WEAP), creado por el Instituto del Medio Ambiente SEI (Stockholm Environment Institute). Este modelo fue calibrado y validado mediante datos históricos diarios medidos en la estación Cogotí Embalse y Cogotí en Fraguita, para un período comprendido entre Abril de 1999 y Marzo de 2008. Los parámetros calibrados y validados se utilizan como base para simular caudales futuros en el período 2012 -2079, en conjunto con los resultados de las variables meteorológicas obtenidas en el modelo regional PRECIS para el escenario A1B, forzado en sus bordes laterales por el modelo Global ECHAM 5. Los resultados mostraron una disminución importante en los caudales diarios, pues por ejemplo, el caudal medio asociado a 50% de probabilidad de excedencia, disminuye en un 39% para el período 2012-2040 y un 69% para el período 2041-2079. Esto se debe principalmente a una importante disminución temporal de la magnitud de eventos de precipitación, y al significativo aumento de la temperatura media diaria. Estos cambios generan un anticipo temporal del caudal máximo presentándose en Octubre para el período de deshielo de 2012-2040; mientras que para el período 2041-2079 se genera una transición del régimen hidrológico en la cuenca cambiando de nivo- pluvial a pluvio - nival, debido a que el valor máximo ocurre en el mes de Agosto y no en Noviembre como en el caso del período base. Dado los preocupantes resultados mencionados anteriormente, se brindan medidas de adaptación estructurales como por ejemplo, un sistema de reutilización de aguas grises, como también medidas de gestión asociadas a un mejor manejo de los recursos hídricos en la cuenca, proponiendo la introducción de productos de uso diario más eficientes, además de apoyar la propuesta del Instituto de Ingenieros sobre gestión integrada de Recursos hídricos, entre otras.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniería Civil / La importancia de conocer el comportamiento y la distribución de los recursos hídricos, es crucial en la implementación de políticas de gestión sustentable para su uso y aprovechamiento. Históricamente, Chile ha sido un país con una fuerte dependencia sobre sus recursos hídricos, en sectores como la generación hidroeléctrica, minería, acuicultura, desarrollo turístico, entre otros. En particular, este crecimiento ha llegado a regiones tan remotas como la Patagonia, donde no existe un conocimiento acabado de la variabilidad y distribución de sus recursos. Es aquí donde se origina la necesidad de conocer con mayor precisión las condiciones hidrológicas actuales de esta Región. Sin embargo, esta tarea ha sido compleja debido a la escasa disponibilidad de datos hidrometeorológicos en la zona. De aquí el objetivo de este trabajo, estudiar el comportamiento hidrológico de la cuenca del Río Baker en el desagüe del lago Bertrand, identificando las principales componentes de su balance hídrico. En este estudio, se utiliza la herramienta de modelación Cold Regions Hydrological Model (CRHM), que corresponde a un modelo hidrológico de base física especializado para regiones con climas fríos. Debido a la escasa información meteorológica dentro de la cuenca, es que se incorpora, además de la información observada, datos provenientes de los reanálisis climatológicos ERA-Interim y CFSR, para obtener valores a escala diaria de precipitación total, humedad relativa y velocidad del viento. Con esto se obtienen tres grupos de datos de entrada para el modelo, que serán comparados para analizar sus principales diferencias, y luego evaluar la calidad de los resultados obtenidos del modelo CRHM en comparación a caudales observados. De la comparación de datos de precipitación observados versus los datos de reanálisis, se encuentra que los valores observados no representan toda la precipitación caída en la cuenca, debido a la inexistencia de una instrumentación adecuada para la medición de la componente sólida de la precipitación, variable que sí está considerada dentro de los reanálisis. Con respecto a los resultados de la modelación, se encuentra que los modelos forzados con datos de reanálisis presentan una mejora significativa con respecto a aquellos obtenidos con datos medidos dentro de la cuenca; con coeficientes de Nash-Sutcliffe de: 0,18, 0,74 y 0,69 para modelos forzados con datos observados, ERA-Interim y CFSR, respectivamente. Asociado a las distintas componentes del balance hídrico dentro de la cuenca, se ve que alrededor de un 30% de lo que precipita en la cuenca corresponde a precipitación sólida, un 15% corresponde a evapotranspiración y cerca de un 75% corresponde a infiltración. Además, se estima que los mantos nivales de las cumbres más alta pueden llegar a acumular hasta 2000 [mm] de equivalente en agua, durante una temporada. Del trabajo se concluye que los reanálisis representan una fuente de datos confiables para regiones de alta montaña pobremente monitoreadas. Esto se ve reflejado en el aumento sustancial de la representatividad del modelo al usar datos meteorológicos proveniente de los reanálisis. No se encontraron diferencias significativas en el rendimiento del modelo al usar variables de ERA- Interim o CFSR, a pesar que CFSR posee una mejor resolución espacial de las variables. Por otro lado, se destaca el rol que juega la infiltración dentro del ciclo hidrológico de la cuenca. Esto sugiere, que para mejorar el entendimiento sobre su comportamiento hidrológico, es crucial la disponibilidad de mediciones in-sito de perfiles de suelo asociado a las distintas coberturas, además de una delimitación detallada y confiable de las coberturas de suelo dentro de toda la cuenca. Finalmente, se destaca el uso que podría tener este modelo en cuencas no controladas con regímenes hidrometeorológicos similares, a través de variables meteorológicas de reanálisis y los parámetros usados en este modelo, para evaluar la distribución y disponibilidad de sus recursos hídricos.

La agricultura, hace el uso más intensivo del recurso hídrico, puesto que lo utiliza como insumo para la producción de diversos cultivos. Sin embargo, el valor de uso del agua de riego es muy alto mientras que su valor de cambio es muy bajo. Esto implica que el recurso sea sobre utilizado promoviendo su desaparición. La presente investigación tiene como objetivo estimar el valor económico de uso directo del agua de riego como factor de producción determinante de los ingresos, teniendo en cuenta la Comisión de Regantes (CR) y el tamaño de la tierra para los cultivos de arroz, caña de azúcar, maíz blanco y maíz amarillo duro del Valle Chancay-Lambayeque (VCHL), a través del Método del Valor Residual (MVR), imputando como valor económico del agua la diferencia entre los ingresos y todos aquellos costos excepto el del agua. El valor residual del agua obtenido en la investigación fue 0.074 S/. / m3, mientras que el precio promedio que utilizó la Junta de Usuarios Chancay Lambayeque (JUCHL) para proveer el servicio fue de 0.02 S/. / m3 (Periodo 2014-2015), es decir 3.7 veces superior. Esta diferencia se debe a que en la investigación se consideraron distintos costos en concordancia con lo que propone la Gestión Integral de los Recursos Hídricos (GIRH), los cuales aún no son implementados por las Juntas de Usuarios (JU). La investigación concluye que el valor residual del agua de riego es mayor que el precio considerado por las JU del VCHL. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / En el ámbito de la modelación hidrogeológica, los Modelos de Base Física (MBF), como MODFLOW, se han utilizado desde hace décadas como herramienta de evaluación de recursos hídricos subterráneos. Estos modelos intentan replicar los niveles observados utilizando ecuaciones diferenciales parciales que incluyen parámetros que representan propiedades físicas del acuífero y del agua. La estimación de estos parámetros considera que las diferencias producidas entre lo simulado y lo observado (residuos o errores) corresponden a ruido blanco. Sin embargo, dada la complejidad de los medios subterráneos en cuanto a heterogeneidad y anisotropía, en la práctica las simulaciones numéricas presentan normalmente errores no sólo aleatorios sino también sistemáticos. Estos errores, usualmente asociados a problemas en la estimación de los parámetros físicos, pueden tener también otras causas, lo que sumado a la falta de mayor información, dificulta en definitiva una corrección apropiada al MBF. La cada vez mayor disponibilidad de información medida en terreno, permite explorar herramientas que antes estaban relegadas por la falta de datos observados. En este trabajo se ha desarrollado un procedimiento numérico para tratar con los errores sistemáticos de los MBF, estudiando su estructura temporal y espacial para modelar su comportamiento y corregir los resultados de forma externa y complementaria mediante un proceso que se alimenta de las mismas salidas del MBF y agrupado en un esquema denominado Modelo de Corrección Complementaria (MCC). El enfoque determinístico tradicional con que se estudia la hidrogeología es complementado con el enfoque estocástico de las herramientas utilizadas en el presente trabajo, aprovechando las potencialidades de ambos esquemas, donde las ventajas de uno compensan las limitaciones del otro. El MCC utiliza elementos de geoestadística para realizar correcciones espaciales y de redes neuronales para correcciones temporales, resultados que posteriormente se integran generando la corrección final. El MCC fue evaluado en el sector acuífero denominado Mapocho Alto, en la zona oriente del valle de Santiago, utilizando el MBF Maipo-Mapocho perteneciente a la Dirección General de Aguas y 54 pozos de observación distribuidos a lo largo de toda la zona. La aplicación del MCC al MBF muestra disminución en las desviaciones locales, distribución normal de los errores y reducciones en las correlaciones temporales y espaciales de los residuos y por tanto notables mejoras en los resultados respecto del MBF original. En términos globales el error medio absoluto (AME) disminuyó de 17.4 m a 3.4 m, la raíz del error cuadrado medio (RMS) bajó de 25.8 m a 7.2 m y el RMS normalizado (RMSN) se redujo de 7% a menos del 2%. En consecuencia, esta metodología se observa como una interesante posibilidad de actualizar un MBF evitando el trabajo y los costos de intervenir su estructura interna.