Ingeniero Civil / El control y gestión del recurso hídrico dentro de una red de canales de riego es de gran importancia. Típicamente esto se lleva a cabo por medio de mediciones puntuales con técnicas tradicionales de aforo y muchas veces por parte de cada uno de los regantes asociados a la red. Esto genera que la capacidad de monitoreo en tiempo real sea escaza, además de no ser efectiva en la detección del estado de la propia red. Es por esto que el presente Trabajo de Título aborda esta problemática por medio de la utilización de sensores de medición y la construcción de una red de monitoreo en tiempo real que permita la caracterización del flujo y de los canales. Para esto se genera un modelo de simulación de un canal objetivo dentro de la red que abarca la Junta de Vigilancia de la primera sección del río Aconcagua, consistente en un punto de medición actual por canal de la red. Este modelo generado en el software HEC-RAS es calibrado con información real obtenida a través de la propia Junta de Vigilancia y de proyectos existentes en la zona. Las simulaciones corresponden a la caracterización de la condición normal, definida como base, e identificar los cambios que esta presente ante eventos de aportes o extracciones no controladas, obstrucciones, embanque y variación del coeficiente de Manning. Estos cambios son detectados por medio de variaciones en la Curva de Descarga en distintos puntos dentro del canal a través del concepto del residual (diferencia entre alturas de escurrimiento influenciada por eventos y la condición base) neto y porcentual. Del análisis de los resultados obtenidos se puede indicar que sí es posible caracterizar tanto la condición base como los eventos por medio de residuales. Además, es posible determinar la distribución de sensores en el canal con objeto de efectuar el monitoreo y control de este, resultando necesario en este caso la incorporación de cuatro sensores de altura a los existentes en el canal. Si bien es efectivo el control en tiempo real, no es posible la detección instantánea de qué tipo de evento se puede estar produciendo ni distinguir entre embanque o variación del Manning solo con información de altura. Para mejorar la detección, es necesario además caracterizar la velocidad e incorporar esta medición en la red de monitoreo. No obstante, el monitoreo solo de la altura de escurrimiento permite la detección temprana de anomalías en el escurrimiento, mejorando el tiempo de detección actual y dando oportunidad a una respuesta temprana ante los eventos.

Ingeniero Civil / El caudal disponible para dilución es aquel que limita la cantidad de caudal vertido en un cuerpo de agua con la finalidad de no dañar el ecosistema aguas abajo. En el DS 90/2000 del Ministerio Secretaría General de la Presidencia, este caudal se obtiene utilizando el concepto de caudal ecológico; para ello se realiza un balance hídrico a nivel mensual considerando los derechos permanentes aguas arriba y el caudal medio mensual de 85% de probabilidad de excedencia, de tal manera que, si después del balance, se verifica el cumplimiento del caudal ecológico, entonces el caudal disponible para dilución es el caudal ecológico; en caso contrario, el caudal disponible para dilución es el menor valor del balance mensual. Por otra parte, para cuencas que tienen un área nival importante, se utiliza la metodología del 2004 de la Dirección General de Aguas que considera factores que transforman el caudal promedio en 30 días consecutivos asociado a un 50% de probabilidad, Q30d(50%), en el asociado a la probabilidad de excedencia 95%, Q30d(95%) mínimo, el cual es el caudal disponible para dilución. En este trabajo, se proponen dos metodologías, una para cuencas de régimen hidrológico mixto y otra para cuencas de régimen pluvial. En ambos casos, la base fundamental es considerar cuencas hidrológicamente similares y transferir información fluviométrica desde cuencas con información (donadoras) a una cuenca sin información (piloto). El supuesto principal de este trabajo es que cuencas que son similares en cuanto a sus parámetros geomorfológicos y meteorológicos, presentan un comportamiento hidrológico similar. Para el caso de las zonas con cuencas de régimen mixto, la metodología considera la curva de duración en 30 días consecutivos de los años hidrológicos en común de las cuencas donadoras, para así obtener el mínimo valor de Q30d(95%) adimensionalizado por el caudal medio anual promedio, Qmap. A través de metodologías indirectas (transposición de caudales e inverso a la distancia) se estima, con errores inferiores al 25% utilizando el método de validación cruzada, el Qmap de la cuenca piloto y utilizando estos valores, se transfiere la información de las cuencas donadoras a la piloto. En el caso de las cuencas pluviales, se transfieren los caudales medios mensuales asociados a probabilidades de excedencia 85% y 95% en el punto de interés para la obtención del caudal ecológico y del balance hídrico, respectivamente. Los resultados obtenidos en cuencas de régimen mixto indican que la metodología vigente subestima el caudal disponible para dilución, mientras que la metodología propuesta entrega un valor más cercano al real. En cuanto a las cuencas de régimen pluvial, se aprecia que la metodología propuesta representa de mejor manera la variabilidad anual del caudal disponible para dilución y entrega un criterio más objetivo de selección de cuencas donadoras que el método DGA. En los caudales disponibles para dilución otorgados, la estimación se acerca a los valores otorgados (22% en promedio) durante el período de caudales máximos y medios, pero subestima los valores de caudal disponible para dilución en el período de estiaje debido a que siempre se utiliza el valor del promedio de las estimaciones.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / La evapotranspiración real (ETr) en zonas áridas y semiáridas puede representar entre un 90 a 100% del uso del agua a escala de cuenca. Es por esto que, para una adecuada gestión del recurso hídrico, es fundamental conocer la distribución espacio-temporal de la ETr de manera que permita apoyar en la toma de decisiones. Pese a las numerosas investigaciones que documentan la estimación de la ETr, utilizando diferentes métodos y diferentes escalas espaciales, la extrapolación espacial del coeficiente de cultivo (Kc), sigue representando un desafío. El objetivo de este estudio fue desarrollar un método de cartografía de Kc en cultivos de olivo y uva pisquera del valle de Copiapó, a partir de información satelital e información de terreno y evaluar su desempeño a través de un modelo hidrológico. El método consistió en la estimación del Kc mediante la determinación del Índice de Área Foliar (IAF), a partir del índice espectral SAVIgreen, calibrado con información de IAF obtenida mediante ceptómetro lineal en terreno. Se obtuvieron cartografías de IAF de uva pisquera con un ajuste de R2= 0,84, en tanto, en olivos se obtuvo un R2= 0,38, lo que implica una baja confianza para la predicción de IAF, razón por la cual, no se pudo estimar Kc para este cultivo. Posteriormente, se procedió a las simulaciones dinámicas de Kc obtenidas para cada planta, a partir del modelo HYDRUS-1D, el cual entregó ETr a escala diaria. Los valores del balance hídrico, evidenciaron un riego adecuado en olivos, sin embargo, en uva pisquera no fue eficiente al haber más de un 50% de percolación. La comparación entre los dos métodos de Kc en uva pisquera, entregó un R2=0,29 evidenciando diferencias entre ambos enfoques, puesto que, uno es obtenido en forma empírica a partir únicamente de la cobertura vegetal, mientras que las estimaciones obtenidas por simulaciones del modelo HYDRUS estuvieron basadas en la resolución de balance de masa en el suelo. Se atribuyen estas diferencias al exceso de agua después de cada riego, generando condiciones de estrés para la planta, lo que no pudo ser evidenciado por el método de Kc satelital basado en la cobertura vegetal. Por otro lado, la comparación de Kc espacial y Kcmax de HYDRUS, presentó un R2=0,75, demostrando una fuerte coherencia entre las estimaciones potenciales de ambos métodos. Los resultados apuntan a la posibilidad de obtener el consumo de agua del cultivo de uva pisquera de forma espacialmente explícita, a partir de información satelital.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / El aumento de la demanda hídrica junto con la constante amenaza de la escasez, requiere considerar la complejidad de las relaciones entre las distintas actividades desarrolladas en una cuenca. Esto implica que los tomadores de decisiones deben conocer los usos potenciales del agua y su distribución actual teniendo en consideración la dimensión social, económica y ambiental desde una perspectiva integral.

Magíster en Ciencias de loa Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Ingeniera Civil / En Chile la coordinación hidrotérmica interfiere con el uso de agua para riego porque se tiene un desfase en las demandas, por lo que se genera un conflicto entre los usos. La operación óptima de embalses que son utilizados para hidroelectricidad y riego ha sido estudiada, pero no en el contexto de un sistema eléctrico donde se minimizan los costos de generación térmica. De aquí nace la pregunta de qué pasaría si se incorpora el riego en la coordinación hidrotérmica y la inquietud de conocer los tradeoffs entre ambos usos de agua. Se define un sistema de estudio inspirado en el Sistema Interconectado Central de Chile (SIC). A partir de este, se formula el problema de coordinación hidrotérmica de largo plazo. Sobre este modelo se incorpora el riego de dos formas: como un requerimiento de agua fijo en la temporada de riego; y cómo una función de costos por riego no satisfecho, que debe ser minimizada en la función objetivo junto con los costos de generación térmica. Esta función de costos de riego es ponderada junto a los costos de generación, convirtiendo el modelo en uno de optimización multi-objetivo. Estos modelos se resuelven con optimización dinámica dual estocástica (SDDP por sus siglas en inglés) y tienen como resultado la función esperada de costo futuro (FCF). De las cuales se concluye que a medida que aumentan los usos de agua, el recurso hídrico es más valioso para el sistema. Estas funciones se utilizan para simular cincuenta escenarios hidrológicos, obtenidos de las series de afluentes históricos, de donde se obtiene que la operación de los embalses se ve afectada la por incorporación de riego, ya que los niveles de volumen embalsado disminuyen hasta un 10% de la capacidad, manteniendo los ciclos de llenado y vaciado. Además, a medida que aumenta la ponderación de los costos de riego en el modelo de optimización la seguridad de riego aumenta proporcionalmente. Con respecto a los costos del sistema, se concluye que según la ponderación que tome el riego en la formulación, las ganancias o pérdidas de ambos sectores toman la misma magnitud en dólares, hasta 90[MUSD]. Sin embargo, un ahorro de 90 [MUSD] es mucho más significativo para el sector de riego ya que representa un ahorro del 98%, mientras que para el sector hidrotérmico corresponde al 2%. Por lo tanto, el sector de riego se puede ver altamente beneficiado al ser incluido en la formulación de la coordinación hidrotérmica.

Memoria para optar al título de Geógrafo

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero Agrónomo / Utilizando los datos de dos instalaciones con sondas Hydra Probe para la medición del contenido de agua del suelo y conductividad eléctrica de la masa de suelo, instaladas en la región de Atacama, se desarrolló un software para facilitar la visualización y análisis de éstos con el objetivo de transformar los datos en información relevante que facilite la toma de decisiones para la gestión del riego. El software desarrollado, Hydra Plot, permitió visualizar los datos de las sondas en el tiempo y facilitó la extracción de información más allá de los mismos valores numéricos capturados por los instrumentos. Mediante observación de los datos en un gráfico interactivo en el tiempo, es posible determinar el contenido de agua en el suelo para el perfil donde están los sensores, el contenido de agua en el suelo por cada profundidad de sensor, la conductividad eléctrica de la masa de suelo, la duración aproximada de un evento de riego, la profundidad de suelo que moja un evento de riego y el tiempo transcurrido entre eventos de riego. / Using data from two facilities with Hydra Probe soil water content and bulk soil electric conductivity probes installed in Atacama region, a software was developed in order to facilitate visualization and analysis of the probes’ data, with the aim of transforming it into relevant information with the purpose of making irrigation decision taking, easier. The developed software, Hydra Plot, allowed the visualization of probes’ data over time, thus, facilitating information extraction beyond the numeric values captured by the instruments. Through the observation of data on an interactive graphic over time, it is possible to determine the soil water content for the profile where the sensors are, the soil water content for each sensor depth, the electric conductivity of the bulk soil, the estimated length of an irrigation event, soil depth reached by an irrigation event and elapsed time between irrigation events.

Ingeniero Civil / El recurso hídrico hace mención a los cuerpos de agua existentes en el planeta y su estudio busca determinar su disponibilidad para que así el ser humano pueda aprovecharlo desde el uso más básico, representado como el consumo directo, hasta su utilización en las principales actividades económicas, sociales y culturales de la población. Una parte importante proviene de la nieve, llegando a existir localidades que dependen casi en su totalidad de esta fuente de agua potable, por lo que comprender los procesos de formación y derretimiento del manto de nieve se vuelve indispensable. Uno de los factores determinantes al momento de estudiar estos procesos corresponde al balance de energía en el manto nival, en donde el aporte de los flujos turbulentos de calor intercambiados con la atmósfera y también las variaciones de energía interna han sido poco estudiados en ambiente de montaña, dada la complejidad que implican las pendientes en dichos terrenos, siendo que su contribución puede ser significativa. Así, esta memoria busca analizar las magnitudes y variaciones de estas componentes durante un período extenso, en el cual se realizó la campaña de mediciones en la zona de Valle Nevado, en la Región Metropolitana de Chile (33°21 S, 70°14 O, a 3038 m.s.n.m.). Para lo anterior se realizó la instalación de un anemómetro sónico con sensor de gases incorporado, una estación meteorológica estándar y sensores de luz y temperatura en profundidad del manto, con el fin de obtener la base de datos a utilizar. El análisis de la información medida entre el 23 de agosto y el 5 de octubre de 2016 permitió realizar, por un lado una estimación de las variaciones de energía interna de la nieve mediante la aplicación de un modelo difusivo de temperatura en profundidad del manto de nieve, y por otro, determinar las series de tiempo de los flujos turbulentos que podrían tener un fuerte impacto en el balance de energía de la nieve. Además, el estudio de las forzantes medidas y el contraste con los flujos turbulentos permitió realizar un análisis cualitativo para así comprender de mejor manera las variaciones observadas en las series de tiempo de dichos flujos. Finalmente se determinó el aporte de cada flujo al balance de energía, obteniendo que los flujos radiativos representan un 69% del total, el calor sensible un 13.8%, el calor latente un 9.8% y las variaciones de energía interna un 7.4%.La importancia de este trabajo radica, por un lado, en la determinación directa de los flujos turbulentos que usualmente son difíciles de cuantificar, y por otro, agregar al balance la componente asociada a las variaciones de energía interna que muchas veces se omite dada la complejidad que representa el hacer las mediciones.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Eléctrica / Proyecciones del Banco Mundial y la Agencia Internacional de Energía estiman un aumento de la población, de la demanda de energía y del consumo de agua hacia el año 2040. El impacto del cambio climático modificará la disponibilidad de recursos hídricos en América Latina. Esto último repercute directamente en la hidroelectricidad, que representó el 56% de la producción total de energía de América Latina en el año 2015, y en la agricultura, la cual es una actividad económica clave en la región y un usuario intensivo de la tierra, agua y energía. La relevancia del nexo Agua-Energía es ampliamente reconocida, pero de los modelos y análisis disponibles no existe ninguno que optimice la operación y planificación del nexo e incluya a su vez todas las dimensiones de esta interdependencia. Tampoco se han considerado sistemas transfronterizos, siendo lo más extenso territorialmente la aplicación a nivel país. Por medio de una adaptación de la función objetivo y restricciones, e incorporación de nuevas restricciones al modelo de optimización, se estima e integra el costo de riego no suministrado, a un modelo de coordinación hidrotérmica, dada la importancia del uso del agua en la agricultura. A partir de la validación del modelo para un caso base, se presenta el estudio de América Latina continental a través de un sistema interconectado regional. Se analizan 13 escenarios con el fin de capturar las dinámicas y acoplamientos entre los sistemas eléctricos de potencia y el uso del recurso agua en el año 2040. Los escenarios considerados reflejan los impactos proyectados del cambio climático según las trayectorias de concentración representativas, el uso de sistemas de almacenamiento, la gestión de la demanda eléctrica y un mayor desarrollo de energía solar. Los escenarios de planificación al año 2040 son construídos con el apoyo de una herramienta de planificación centralizada. Así, los resultados obtenidos muestran que la consideración de una matriz con mayor penetración solar aumenta el costo de operación total del sistema, lo que no implica una disminución del riego abastecido, en un contexto sin rivalidad entre hidroelectricidad y riego. Bajo un escenario de rivalidad entre ambos usos y alta penetración de energía solar, se disminuye drásticamente el abastecimiento de riego, producto del uso del agua embalsada como sistema de flexibilidad a bajo costo, para gestionar la variabilidad del recurso solar. El modelo de co-optimización propuesto y el análisis del caso de estudio, proporcionan una herramienta de apoyo al momento de querer conocer el efecto que tendrían las decisiones tomadas hacia el año 2040 por los diferentes actores del sistema, tanto en el sistema eléctrico como en los recursos hídricos. Todo esto, bajo el supuesto de una operación centralizada e integrada a nivel continental, y en un contexto donde se afirma que operar y planificar de manera independiente no es coherente en el futuro que se proyecta. Se propone como trabajo futuro estudiar nuevos escenarios, complejizar el modelo en otros aspectos como restricciones de pre-despacho y/o alteración hidrológica, expandir esta herramienta a la planificación y que se implemente este modelo con diferentes combinaciones de ubicación de bocatomas de riego, dada la importancia que tiene en el cumplimiento de los requerimientos de riego. / CONICYT N°22170803

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / 06/07/2020