El objetivo general del presente trabajo es modelar, explicar y predecir el nivel de caudal de las cuencas de Betania y Bío-Bío, ubicadas en Colombia y Chile respectivamente, con el objeto de mejorar la comprensión del fenómeno y la planificación energética por parte de la empresa ENDESA Chile. ENDESA Chile posee un área de profesionales que dedica parte de su trabajo a modelar y pronosticar los caudales de, entre otras, las cuencas antes mencionadas. Si bien los resultados de dichas predicciones no son insuficientes, se desea mejorar de forma importante la precisión de las mismas; llegando, en lo posible, a un error cercano al 20%. A partir de la información histórica proporcionada por la empresa y de otras fuentes meteorológicas especializadas, se determinaron modelos de dos tipos. En primer lugar, los modelos de series de tiempo usuales, con pequeñas modificaciones, para llevarlos a los conocidos como modelos PAR y PARX. En segundo lugar, se intentó utilizar modelos no lineales de redes neuronales artificiales para explorar las posibles no linealidades que pudiese poseer el problema. Finalmente, se clasificaron los caudales en tres niveles, a modo de resumir la información presentada por los modelos. Para la creación, estimación y calibración de los modelos se utilizaron diversas técnicas estadísticas. Entre ellas destacan el análisis de componentes principales para reducir la dimensionalidad de variables climáticas, el test de normalidad de Shapiro-Wilks y técnicas de calibración y validación de modelos, entre otras. El resultado al comparar los dos tipos de modelos arrojó que, si bien los modelos de redes neuronales entregan mejores resultados en muchas ocasiones, la poca simplicidad y capacidad de explicación que poseen indican que es mejor la alternativa lineal, es decir, los modelos PAR/PARX de series de tiempo. Se concluye que es posible disminuir el error bajo el 20% utilizando técnicas estadísticas de estructura sencilla que permitan explicar y comprender la forma del fenómeno. Se recomienda finalmente, que la empresa ENDESA elija algunas de las alternativas de modelos planteados de acuerdo a sus intereses, es decir, menor error o mayor comprensión.

En todo Chile, la demanda eléctrica sigue aumentando más rápido que la oferta y ocurre a menudo que las empresas distribuidoras de electricidad no pueden abastecer con certeza los consumidores. Para garantizar el abastecimiento eléctrico de un edificio turístico, durante la hora de punta en la temporada de verano, en la región del Lago Llanquihue, se propone diseñar una mini central hidroeléctrica de aproximadamente 7.5kVA. Haciendo uso de muchas fuentes de aguas, esencialmente subterráneas, que confluyen hacia una zona de acopio y con una tubería de conducción que lleva el agua hasta la zona del generador, se propone aprovechar una caída de agua de aproximadamente 30 metros para un caudal de 34 litros por segundo. Los objetivos de esta memoria fueron: diseñar el estanque de almacenamiento de agua, la tubería forzada hacia la casa de máquina, la turbina generadora y la casa de máquina. Con tal finalidad, se elaboraron los cálculos hidráulicos relevantes, los planos de las obras, y se determinaron los materiales, así como los métodos de construcción que se van a aplicar a lo largo del proyecto y los cálculos económicos. La metodología contempló una salida al terreno al sitio de construcción donde se tomaron unas muestras del terreno para luego realizar un análisis preciso de su composición. Después de conseguir los datos topográficos e hidrológicos de la zona, se diseñaron las obras principales (embalse, tubería, casa de máquina, turbina) según un procedimiento normalizado. Con los cálculos hidráulicos necesarios y el diseño elaborado, se realizaron los planos de obras junto con el estudio económico.

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Se lleva a cabo el estudio hidrológico de máximas avenidas en el tramo km 05+760 - km 19+390 del camino vecinal Paccha - Malpaso - Marcapomacocha, el cual tiene una longitud total de 57,919.82kms que va del km 00+000 - km 57+919.82. Dicho estudio tiene como objetivo principal estimar las descargas máximas para el dimensionamiento de las obras de cruce de drenaje, a partir de un análisis de frecuencia de las precipitaciones máximas en 24 horas registradas en la estación pluviométrica de Marcapomacocha. Los datos de precipitaciones máximas en 24 horas son proporcionados por el Senamhi con un periodo de registro de 1980 - 2012. Para el análisis de frecuencia se usa hojas de excel, así como también para los cálculos hidrológicos como la determinación de parámetros estadísticos y la evaluación de la serie de datos para su ajuste a la serie de distribuciones. Por otro lado para el caudal máximas de avenidas se usan los Método Racional, Hidrograma Unitario el modelamiento hidrológico se realiza utilizando el programa HEC – HMS v.3.5. Finalmente con respecto a la revisión de la información existente referente a estudios elaborados con anterioridad, se tiene el Estudio de Preinversión a Nivel Perfil “Rehabilitación del Camino Vecinal Paccha Malpaso Marcapomacocha”, elaborado en setiembre del 2008 por PROVÍAS DESCENTRALIZADO – MTC, SNIP N°104115. / Trabajo de suficiencia profesional

Ingeniera Civil / En la zona central de Chile, una fracción importante de la precipitación cae en forma sólida en la parte alta de la Cordillera de los Andes. La cuenca en estudio, posee un régimen hidrológico nivo-pluvial, por lo que es importante modelar los procesos hidrológicos involucrados en la acumulación y derretimiento de nieve para estimar la disponibilidad de agua en épocas del año donde la precipitación es escasa. En este trabajo se utiliza un modelo numérico para realizar simulaciones del manto de nieve a escala de sitio y distribuidas para la cuenca del Río Mapocho en Los Almendros. En escala de sitio, se realizaron simulaciones con datos medidos en la estación meteorológica y nivométrica Valle Nevado del Departamento de Ingeniería Civil. Se analiza la evolución del albedo y su variación estacional entre 2013-2015, obteniéndose una tasa de decaimiento diaria entre 0.01 y 0.035 para manto frío y entre 0.04 y 0.1 para manto derritiéndose. El modelo de balance de energía de nieve muestra que los flujos radiativos predominan en el área de estudio. Además, el equivalente en agua de la nieve (SWE en inglés) modelado y medido en terreno, tiene un error entre 5 y 27%, mientras que duración del manto coincide con la estimada a partir del fSCA de imágenes MODIS. Por otro lado, las simulaciones con cambios de precipitación y temperatura según proyecciones para la región, muestran que estas variaciones pueden influir significativamente en la magnitud del SWE y la duración de la cobertura nival. Esto afecta directamente los caudales que se generan a partir del derretimiento de nieve, y por ende la disponibilidad del recurso hídrico para la época de deshielo. En el modelo semi-distribuido, la cuenca se subdivide en unidades de respuesta hidrológica (URH) que se conectan entre sí. Los resultados de cobertura nival del modelo se comparan con el fSCA obtenido de imágenes satelitales, obteniéndose un coeficiente de determinación R²>0.6 para 3 de 4 de las subcuencas analizadas, además la duración del manto modelada es similar a la observada. Luego se modelan los derretimientos semanales en la cuenca, analizando su distribución espacial y temporal. Para los caudales medios diarios modelados, se obtiene un índice de eficiencia Nash-Sutcliffe mayor a 0.74 para dos de las subcuencas en estudio. Sin embargo, se identificó un error en el módulo de infiltración de CRHM, que afecta la generación de escorrentía superficial. Finalmente, los tiempos de residencia del agua a nivel superficial, fueron calibrados y son menores a un día, según la rápida respuesta observada en los caudales de salida frente a los derretimientos. Trabajos futuros deberían enfocarse en una mejor comprensión de los flujos subsuperficiales en la cuenca, así como del rol de los glaciares en la hidrología de la misma, sobre todo respecto de la mantención de flujos base.

Esta memoria está motivada en la ley 20:304 “Sobre operación de embalses frente a alertas y emergencias de crecidas y otras medidas que indica". Esta Ley surge como respuesta del Poder Ejecutivo a las grandes inundaciones provocadas por el río Bío-Bío en el año 2006. La creación de esta Ley implicará la asignación de algunos embalses como \embalses de control" los cuales tendrán la misión de ayudar a controlar las crecidas producidas en su cuenca. Este nuevo objetivo de los embalses impondrá una nueva forma de operarlos frente los eventos de crecida. Esta nueva ley crea un nuevo escenario en las cuencas donde existan embalses de control, ya que la operación de los embalses conforme al nuevo manual de operación, aprobado por la DGA, eximirá de toda responsabilidad a los propietarios de los embalses frente a los destrozos generados por las inundaciones aguas abajo. De la misma manera, una operación del embalse que no cumpla lo reglamentado por el manual será motivo de sanción al operador del embalse. Otro escenario generado por la creación de la ley corresponde a cuando se decreta una alerta de crecida, el operador del embalse opera conforme a lo establecido por el manual y el resultado de la crecida real es menor a la pronosticada. Esta situación genera pérdidas del volumen embalsado. Estas pérdidas deberán ser asumidas por el Fisco. Debido a que la ley modifica la operación de los embalses de control frente los eventos de crecida se creó un modelo de rastreo de crecidas que fuera capaz de independizar el efecto de la operación del embalse en el resto de la cuenca. Para así poder evaluar fidedignamente el impacto de la ley. Además se utilizaron metodologías de evaluación económica, tanto para los volúmenes de agua perdidos en los embalses y de los beneficios generados por la disminución de la inundación, para poder comparar el resultado de los distintos escenarios encontrados por las modificaciones en la operación del embalse estudiadas. Todas las metodologías, resultados y conclusiones están en la presente memoria.

La escorrentía generada por el derretimiento de nieves constituye una de las principales fuentes de agua para sus diferentes usos. Es por eso que en Chile, la hidrología de nieves constituye un área de investigación que se encuentra en constante crecimiento. El principal objetivo de esta investigación es reconstruir el equivalente en agua en la cuenca alta del río Aconcagua para dos ciclos de deshielo (septiembre 2007-febrero 2008 y septiembre 2008-febrero 2009). Para ello, se implementó un modelo distribuido de base física en la cuenca de estudio. Dicho modelo, con el apoyo de la información adicional del tipo meteorológica, permitió reconstruir el equivalente en agua a escala temporal diaria y a una resolución espacial de 500 m. Como objetivos secundarios, se aplicó el modelo en una cuenca vecina para así establecer comparaciones en las variables predominantes del modelo, además de determinar la respuesta de escorrentía de deshielo asociada a la reconstrucción del equivalente en agua. Los resultados indican que la metodología utilizada es apropiada para la reconstrucción espacial y temporal del equivalente en agua. Por otra parte, se obtuvo una adecuada modelación en una cuenca vecina; determinándose de que existe una importante influencia de la orientación de la cuenca (norte-sur o este-oeste) en el balance radiativo del manto nival. De los resultados obtenidos, se lograron establecer 3 principales conclusiones: (i) se estimó que el 32% del volumen de agua potencialmente disponible para el derretimiento no se refleja necesariamente como escorrentía superficial de deshielo; (ii) la pérdida de información debido a la cobertura nubosa sobre la cuenca puede alcanzar el 12%, por lo que se debe idear una metodología adecuada que sea capaz de reemplazar tal información; y (iii) el balance radiativo es una de las variables más importantes en la modelación por lo que debe existir una estimación adecuada para la modelación. Finalmente, la dinámica de la serie de procesos que ocurren continuamente sobre el manto nival generalmente se caracteriza por ser de difícil parametrización por lo que la modelación obtenida se considera una adecuada aproximación, y se cuentan con grandes expectativas para cuando efectivamente sea validado.

En Chile, las aguas subterráneas son una fuente de gran explotación, principalmente en las zonas áridas del norte, donde prácticamente no existen aguas superficiales. Por este motivo, su buen manejo juega un rol fundamental para un desarrollo sustentable. El trabajo de Título propuesto tiene como objetivo principal analizar la factibilidad de uso de un trazador biológico, apoyado del análisis de un trazador químico. Este estudio se realizó en el Sistema Pampa Peineta, ubicado aproximadamente a 100 kilómetros al noreste de la ciudad de Calama. Con los resultados obtenidos se estimaron velocidades y direcciones de los flujos de aguas subterráneas; datos que permitieron reafirmar hipótesis de direcciones de flujo determinadas previamente por métodos clásicos, e indirectos, de la hidrogeología. Para este estudio se utilizó un trazador biológico (Bacteriófago MS2) y un trazador químico (NaCl), describiendo los procedimientos de terreno, análisis, resultados, ventajas, desventajas y costos. Los resultados obtenidos fueron muy acordes al comportamiento que posee el acuífero, presentando pequeñas variabilidades en los resultados producidos por detalles que se mencionan en los capítulos de este informe. Finalmente, a partir de la experiencia adquirida, se proponen una serie de pasos para realizar ensayos de similares características, que permita reforzar de manera más potente las hipótesis planteadas con resultados concretos, teniendo en cuenta todos los pormenores ocurridos en esta primera campaña. De este modo, con este trabajo se cuenta con antecedentes certeros para abordar un tema no muy recurrido en Chile, el uso de trazadores biológicos en aguas subterráneas.

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.

Ingeniero Civil / Debido al Calentamiento Global se proyectan en el mundo variaciones tanto en las precipitaciones como en las temperaturas. En general en la zona central de Chile los Modelos de Circulación Global de la atmósfera coinciden en que se tendrá un aumento de la temperatura y muchos de ellos proyectan un incremento en la intensidad de la precipitación diaria, aunque con una disminución de la precipitación total anual. En consecuencia, el efecto de estos cambios debe analizarse localmente para estudiar los efectos que puedan ocasionar sobre las crecidas. Como consecuencia de este cambio, podrían generarse problemas, entre otros, asociados a caudales de crecidas, aumentando la frecuencia con las que éstas ocurren así como también su magnitud. Por ello, con el objetivo de aportar información para una futura planificación del manejo de cauces, en este estudio se analiza el impacto que se puede ocasionar sobre las zonas de inundación en un lugar específico de Chile, la comuna de Isla de Maipo, que a la fecha no cuenta con ningún plan de manejo. Usando el programa WEAP, se modela hidrológicamente a nivel diario la cuenca Maipo en San Alfonso, ubicada en la cordillera de la Región Metropolitana de Chile, caudal que se usa para determinar los caudales en un punto de control aguas abajo de la cuenca, ubicado en la comuna de Isla de Maipo en la misma región. Estos caudales son proyectados en el mediano plazo (2040-2070) al escenario futuro A1B el cual se basa en un equilibrio socio-económico a nivel mundial, donde se incorporan balanceadamente matrices energéticas de distinta fuente. Usando correlaciones establecidas entre caudales a nivel diario y el caudal máximo instantáneo en las estaciones Maipo en San Alfonso y Maipo en el Manzano, se derivan estos últimos en el punto de control a la entrada de la comuna. A base de resultados disponibles en estudios anteriores se comparan los caudales con períodos de retorno entre 2 y 200 años con los caudales generados para el escenario futuro. Estos caudales son los valores de entrada en la modelación hidráulica del cauce, que se realizó con el programa HEC-RAS. La superficie de inundación obtenida para cada crecida fue georefenciada y con la cartografía de la zona se generan mapas de inundación. En este informe se presentan 8 mapas, correspondientes a los períodos de retorno 2 y 200 años, para régimen pluvial y nival, en línea base y escenario futuro. Los mapas obtenidos muestran que la zona de estudio presenta una inundación frecuente, definida por crecidas con períodos de retorno menores a 5 años. Asimismo, se aprecia que la zona posee pocas defensas fluviales y que son prácticamente inservibles para crecidas mayores. Las proyecciones realizadas en este estudio reafirman las conclusiones obtenidas en otros estudios. En particular, las precipitaciones disminuyen alrededor de un 30% lo que da origen a una disminución del caudal medio diario en la cuenca Maipo en San Alfonso en un 24% en su valor promedio anual. Del análisis de frecuencia realizado tanto para los caudales futuros como los de línea base se observó que existe, efectivamente, un aumento en el caudal asociado al período de retorno de 200 años, donde en el escenario futuro el caudal es mayor que en la línea base, mientras que los caudales asociados a períodos de retorno menores disminuyen.

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