DSpace Colección :
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/89
2024-03-29T04:15:41ZEvaluación ambiental de mercurio en bahía Coronel: análisis espacio temporal de las fuentes y sumideros.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11695
Título : Evaluación ambiental de mercurio en bahía Coronel: análisis espacio temporal de las fuentes y sumideros.
Autor : Chandia Vallejos, Cristian Mauricio
Resumen : El mercurio (Hg) es un metaloide de nivel traza a ultra traza que puede ser transportado vía atmosférica, reconocidamente tóxico y bioacumulativo para la biota. En muy bajas concentraciones actúa como una neurotoxina con efectos adversos para el ecosistema natural y la salud humana. Posee una alta movilidad entre las matrices ambientales, con un complejo ciclo biogeoquímico, por lo cual, su cuantificación se hace especialmente compleja. En Chile, el conocimiento sobre Hg en los ecosistemas marinos es limitado, sin información que dé cuenta de las concentraciones, distribución y fuentes de Hg en las costas chilenas. Se comparan los niveles de Hg en dos zonas costeras contrastantes en términos de su nivel de industrialización y urbanización, una de ellas corresponde a bahía Coronel altamente industrializada y la otra es bahía Coliumo sin industrias, cuya principal actividad económica es la pesca artesanal y turismo estival. Los resultados obtenidos corresponden al registro más actualizado de Hg para las matrices marinas en el Pacífico Sur y la primera evaluación detallada en agua, sedimentos y organismos de una zona costera de Chile. Se obtuvieron testigos de sedimento, los que fueron datados y analizados, estos dieron cuenta de un aumento en las concentraciones de Hg desde 1990 (0,021 μg/g) con relacionado al desarrollo industrial y con la actividad termoeléctricas desde 2012 a 2019 (0,031 a 0,101 μg/g). Esto modificó los patrones de sedimentación y tasas de acumulación de Hg, alcanzando concentraciones hasta de un orden de magnitud mayor que los registrados en Coliumo para el mismo periodo (0,008 0,012 μg/g). El contenido de Hg registrado en la columna de agua, sedimentos y organismos permite establecer que las actividades industriales presentes en Coronel que emiten Hg a la atmosfera, son las principales responsables de las altas concentraciones de Hg en la bahía de Corone, las cuales son de hasta un orden de magnitud mayores que las registradas en bahía Coliumo, concentraciones que dan cuenta de un deterioro de la calidad ambiental respecto a estándares e índices internacionales (SEDTOX, 2016; CCME, 1999; Turner & Millward, 2000 [EF]; Al-Haidarey et al., 2010 [Igeo]). Al analizar las fuentes, sumideros y perdidas de Hg para bahía Coronel durante invierno y verano de 2019, se pudo establecer que las emisiones atmosféricas industriales provenientes desde la termoeléctricas son la principal fuente de Hg hacia la bahía, en tanto que la columna de agua constituye el principal reservorio. Estos resultados sugieren que gran parte del Hg es exportado fuera de la bahía como respuesta a los procesos hidrográficos estacionales y la topografía de bahía Coronel, quedando solo una fracción menor retenida en sedimentos superficiales y en los organismos. Esta tesis demuestra que el contenido de Hg en las matrices marinas depende de las fuentes aportantes, por lo que el Hg ha ido incrementando sus concentraciones los sedimentos a partir del 2012, año en el cual comienzan a operar 2 grandes termoeléctricas en la zona costera de bahía Coronel. Lo que también se observa en la columna de agua, sedimentos y organismos los cuales presentan mayores contenidos de Hg en bahía Coronel que los registrados en bahía Coliumo. Todo lo anterior permite establecer que el contenido de Hg depende de las cercanías a las fuentes de origen, en tanto que su distribución, retención y/o exportación depende de la dinámica de las corrientes, vientos y aportes de ríos, procesos que presentan una marcada señal estacional. Por lo tanto, es necesario regular las emisiones en términos de cargas, reducir el uso de carbón para la generación de electricidad en termoeléctricas y mantener programas de monitoreo regulares en el tiempo y espacio en todas las matrices ambientales y con ello contar con información actualizada y oportuna para una adecuada gestión ambiental de la zona costera de bahía Coronel.
Descripción : Tesis presentada para optar al grado de Doctor en Ciencias Ambientales con mención en Sistemas Acuáticos Continentales.2023-01-01T00:00:00ZAssessment of the impacts of climate change on the spatio-temporal patterns of freshwater sources to the coastal system of western Patagonia.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11505
Título : Assessment of the impacts of climate change on the spatio-temporal patterns of freshwater sources to the coastal system of western Patagonia.
Autor : Aguayo Gutierrez, Rodrigo Andres
Resumen : The western region of Patagonia is characterized by an almost pristine environment, with aquatic ecosystems composed of a great diversity of lakes, rivers and glaciers. The influence of westerly winds from the Southern Hemisphere results in high precipitation in the region, which determines large freshwater inputs to the coastal-marine system. In this vast (~400,000 km2), narrow (~200-300 km) and transboundary (Chile and Argentina) area, freshwater ecosystems interact with one of the most complex and extensive fjord systems in the world. In these systems, freshwater produces a pronounced vertical stratification of two or three layers, which is a key regulator of circulation patterns and primary production, and limits the depth of turbulent mixing. Turbulent mixing determines the exchange of nutrients between the different layers of the water column, a process that can trigger pulses of primary productivity and thus an increase in autotrophic biomass in the western Patagonian inland seas.
Climate projections for most of Western Patagonia indicate a prolongation of the dry and warm conditions that have affected it in recent decades. Overall, the climate impacts recorded in Western Patagonia have been attributed to the Southern Annular Mode (SAM), which has shown a significant trend towards its positive phase. Given the heterogeneous and incomplete monitoring network of hydro-meteorological stations, most studies performed in this region have used only a very small subset of meteorological stations, satellite imagery or climate proxies to study environmental changes. Despite the low use of ground-based information, the region has shown evidence of a decrease in snow cover extent, an increase in forest fires, unusual tree growth patterns, a decrease in water availability and significant trends in major lakes, rivers and glaciers.
Considering the threads posed by climate change scenarios, the main objective of the present doctoral thesis is to assess the impacts of anthropogenic climate change on the spatio-temporal patterns of freshwater inputs to the coastal system of western Patagonia. To this end, four specific objectives have been proposed, each associated with a different phase of the present thesis.
The first objective explored the main trends, challenges and gaps in hydrological drought
projections, using northern Patagonia (40-45ºS) as a study case. For this purpose, historical severe droughts and their climatic drivers in northern Patagonia were evaluated. In addition, a hydrological model was calibrated using a combination of satellite, reanalysis and groundbased data. To assess the impact of climate change on future severe droughts, 90 scenarios were used to account for multiple sources of uncertainty in the climate impact modeling chain. The projections obtained with the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) 6 and CMIP5 models showed significant climatic (greater trends in summer and autumn) and hydrological (longer droughts) differences, and therefore it is recommended that future climate impact assessments adapt the new simulations as more CMIP6 models become available.
Based on the detected hydrological gaps, the second objective was to develop PatagoniaMet (PMET) to analyze the hydrological consistency between atmospheric reanalysis models, ground-based meteorological observations and stream gauges. PMET is a compilation of ground-based hydrometeorological data (PMET-obs), and a daily gridded product of precipitation and maximum and minimum temperature (PMET-sim). PMET-obs was developed considering a 4-step quality control process applied to 523 hydrometeorological time series obtained from eight institutions in Chile and Argentina, while PMET-sim used statistical bias correction procedures, spatial regression models and hydrological methods. PMET-sim was compared against other bias-corrected alternatives using hydrological modelling, and achieved Kling-Gupta efficiencies greater than 0.7 in 72% of the catchments, while other alternatives exceeded this threshold in only 50% of the catchments.
Considering the hydrological importance of glaciers in the region and their uncertain evolution, the third objective used the Open Global Glacier Model (OGGM) to estimate the evolution of each glacier (area > 1 km2) in the Patagonian Andes (40-56°S) over the period 1980-2099. To generate these projections, different glacier inventories (n = 2), ice thickness datasets (n = 2), reference climates (n = 4), general circulation models (n = 10), emission scenarios (n = 4), and bias correction methods (n = 3) were used to disentangle the importance of different sources of uncertainty from a hydrological perspective. Overall, the projections suggest that the northern area is expected to experience a steady decline, while the Patagonian Icefields should increase or maintain their glacier runoff in the coming decades. Considering the melt on glacier signatures, the future sources of uncertainty (GCMs, SSPs and BCMs) were the main source in only 18% ± 21% of the total catchment area. In contrast, the reference climate was the most important source in 78% ± 21% of the catchment area, highlighting the importance of the second objective. Based on recent advances in regional and global datasets (second objective), and the potential trajectory of evolution of each glacier in the Patagonian Andes (third objective), the fourth objective generated state-of-the-art projections of freshwater inputs to the coastal system. Specifically, Long Short-Term Memory (LSTM) neural networks in combination with the Open Global Glacier Model (OGGM) were used to estimate the runoff evolution from non-glacier and glacier areas, respectively. The total runoff of the study area was 23,533 ± 1,399 m3 s-1 in the historical period (1985-2019). From this total, the glacier runoff contributed 5,185 ± 471 m3 s-1. While the northern area is expected to experience the greatest relative reductions with values close to -22%, the central and southern areas are expected to show slight increases with relative changes of 6% and 13% (Figure 6.1), respectively.
Finally, the results showed in this thesis provides: i) a basis for an open collaborative dataset that outperforms all current alternatives, ii) the first large-scale evaluation of the impact of various sources of uncertainty (historical and future) beyond future glacier mass loss, and iii) state-of-the-art projections of freshwater inputs to the coastal system that will contribute to future climate change adaptation plans for Western Patagonia.; La región occidental de la Patagonia se caracteriza por un medio ambiente casi prístino, con ecosistemas acuáticos compuestos por una gran diversidad de lagos, ríos y glaciares. La influencia de los vientos del oeste procedentes del hemisferio sur da lugar a elevadas precipitaciones en la región, lo que determina grandes aportes de agua dulce al sistema costero-marino. En esta zona vasta (~400,000 km2), estrecha (~200-300 km) y transfronteriza (Chile y Argentina), los ecosistemas de agua dulce interactúan con uno de los sistemas de fiordos más complejos y extensos del mundo. En estos sistemas, el agua dulce produce una pronunciada estratificación vertical de dos o tres capas, que es un regulador clave de los patrones de circulación y la producción primaria, y limita la profundidad de la mezcla turbulenta. La mezcla turbulenta determina el intercambio de nutrientes entre las distintas capas de la columna de agua, un proceso que puede desencadenar pulsos de productividad primaria y, por tanto, un aumento de la biomasa autótrofa en los mares interiores de la Patagonia occidental.
Las proyecciones climáticas para la mayor parte de la Patagonia Occidental indican una prolongación de las condiciones secas y cálidas que la han afectado en las últimas décadas. En general, los impactos climáticos registrados en la Patagonia Occidental han sido atribuidos al Modo Anular del Sur (SAM), que ha mostrado una tendencia significativa hacia su fase positiva. Dada la heterogénea e incompleta red de monitoreo de estaciones hidrometeorológicas, la mayoría de los estudios realizados en esta región han utilizado sólo un subconjunto muy reducido de estaciones meteorológicas, imágenes satelitales o proxies climáticos para estudiar los cambios ambientales. A pesar del escaso uso de información local, la región ha mostrado indicios de una disminución de la extensión de la capa de nieve, un aumento de los incendios forestales, patrones inusuales de crecimiento de los árboles, una disminución de la disponibilidad de agua y tendencias significativas en los principales lagos, ríos y glaciares.
Considerando las amenazas planteadas por los escenarios de cambio climático, el objetivo principal de la presente tesis doctoral es evaluar los impactos del cambio climático antropogénico sobre los patrones espaciotemporales de los aportes de agua dulce al sistema costero de la Patagonia occidental. Para ello, se han propuesto cuatro objetivos específicos, cada uno asociado a una fase diferente de la presente tesis.
El primer objetivo exploró las principales tendencias, desafíos y brechas en las proyecciones hidrológicas de sequías, utilizando como caso de estudio el norte de la Patagonia (40-45ºS). Para ello, se evaluaron las sequías severas históricas y sus impulsores climáticos. Además, se calibró un modelo hidrológico utilizando una combinación de datos satelitales, de reanálisis y terrestres. Para evaluar el impacto del cambio climático en las futuras sequías severas, se utilizaron 90 escenarios para tener en cuenta múltiples fuentes de incertidumbre en la cadena de modelación. Las proyecciones obtenidas con los modelos del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP) 6 y CMIP5 mostraron diferencias climáticas (mayores tendencias en verano y otoño) e hidrológicas (sequías más prolongadas) significativas, por lo que se recomendó que las futuras evaluaciones del impacto climático adapten las nuevas simulaciones a medida que se disponga de más modelos CMIP6.
A partir de las brechas de datos detectadas, el segundo objetivo fue desarrollar PatagoniaMet (PMET) para analizar la coherencia hidrológica entre los modelos de reanálisis atmosférico, las observaciones meteorológicas y el caudal de los ríos. PMET es una compilación de datos hidrometeorológicos locales (PMET-obs), y un producto grillado diario de precipitación y temperatura máxima y mínima (PMET-sim). PMET-obs se desarrolló considerando un proceso de control de calidad de 4 pasos aplicado a 523 series temporales hidrometeorológicas obtenidas desde ocho instituciones de Chile y Argentina, mientras que PMET-sim utilizó procedimientos estadísticos de corrección de sesgos, modelos de regresión espacial y métodos hidrológicos. PMET-sim se comparó con otras alternativas de corrección de sesgos mediante modelación hidrológica, y logró eficiencias de Kling-Gupta (KGEs) superiores a 0,7 en el 75% de las cuencas, en comparación con CR2MET, MSWEP y W5E5, que solo lograron KGEs > 0,7 en el 51%, 28% y 37% de las cuencas, respectivamente. Teniendo en cuenta la importancia hidrológica de los glaciares en la región y su evolución incierta, el tercer objetivo utilizó el Open Global Glacier Model (OGGM) para estimar la evolución de cada glaciar (área > 1 km2) en los Andes Patagónicos (40-56°S) durante el período 1980-2099. Para generar estas proyecciones, se utilizaron diferentes inventarios de glaciares (n = 2), conjuntos de datos sobre el espesor del hielo (n = 2), climas históricos de referencia (n = 4), modelos de circulación general (n = 10), escenarios de emisiones (n = 4) y métodos de corrección de sesgos (n = 3) para desentrañar la importancia de las diferentes fuentes de incertidumbre desde una perspectiva hidrológica. En general, las proyecciones sugieren que se espera que la zona norte experimente un descenso generalizado, mientras que los Campos de Hielo Patagónicos deberían aumentar o mantener su escorrentía glaciar en las próximas décadas. El clima de referencia fue la fuente de incertidumbre más importante en más del 78% de las cuencas, lo cual da mayor aún mayor relevancia al segundo objetivo de la tesis.
Sobre la base de los recientes avances en los conjuntos de datos regionales y globales (segundo objetivo), y la trayectoria potencial de evolución de cada glaciar en los Andes Patagónicos (tercer objetivo), el cuarto objetivo generó proyecciones de los aportes de agua dulce al sistema costero. Específicamente, se utilizaron redes neuronales de Memoria Larga a Corto Plazo (LSTM) en combinación con el Open Global Glacier Model (OGGM) para estimar la evolución de la escorrentía de las zonas no glaciares y glaciares, respectivamente. La escorrentía total del área de estudio fue de 23,533 ± 1,399 m3 s-1 en el periodo histórico (1985-2019). De este total, la escorrentía glaciar contribuyó 5,185 ± 471 m3 s-1. Mientras que en la zona norte se esperan las mayores reducciones relativas con valores cercanos al -22%, en las zonas centro y sur de la Patagonia se esperan ligeros incrementos con cambios relativos del 6% y 13%, respectivamente.
Finalmente, los resultados mostrados en esta tesis proporcionan: i) una base de datos hidrometeorológica abierta que supera todas las alternativas actuales, ii) la primera evaluación a gran escala del impacto de varias fuentes de incertidumbre (históricas y futuras) más allá de la futura pérdida de masa glaciar, y iii) proyecciones de última generación de las entradas de agua dulce al sistema costero que contribuirán a los futuros planes de adaptación al cambio climático para la Patagonia Occidental.
Descripción : Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias Ambientales con mención en Sistemas Acuáticos Continentales.2023-01-01T00:00:00ZEn busca de la Seguridad Hídrica a través de la gobernanza adaptativa: análisis de las cuencas de Rapel y Biobío.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11417
Título : En busca de la Seguridad Hídrica a través de la gobernanza adaptativa: análisis de las cuencas de Rapel y Biobío.
Autor : Julio González, Natalia Andrea
Resumen : El uso de la sociedad sobre las aguas continentales se ha incrementado considerablemente a medida que la población aumenta, reduciendo la disponibilidad de agua para contener los procesos relacionados a los ecosistemas acuáticos. Las estimaciones realizadas entre el suministro y las demandas de agua en el mundo han revelado un fuerte desequilibrio que obedece en parte a los efectos del Cambio Climático, pero también a la reciente demanda de los usos domésticos, industriales y agrícolas, que en mayor parte determinan la escasez hídrica del planeta. En Chile, la situación no es diferente. Aunque el país posee una situación privilegiada respecto a la cantidad de agua total disponible, se han declarado un número importante de zonas con escasez hídrica en el territorio, y se espera que en las próximas décadas ocurrirá un aumento significativo en el nivel de estrés hídrico, pudiendo ser calificado como “extremadamente alto”. El Cambio Climático se ha convertido en una de las preocupaciones más importantes en el área de los recursos hídricos y especialmente de la Seguridad Hídrica (SH), tema que ha tomado protagonismo en los sectores políticos y académicos. La SH se enmarca dentro del Objetivo de Desarrollo Sustentable (ODS) 6 y Chile se ha adherido al cumplimiento de la Agenda 2030, sin embargo, estudios han señalado que los aspectos socioambientales no han sido adecuadamente consideradas en nuestro país, debido, en parte, a la deficiente gestión de los recursos hídricos y a una gobernanza débil. A nivel internacional, se han observado cambios de paradigmas que van desde un enfoque centralizado y jerárquico en la toma de decisiones, hacia una perspectiva más integrada y participativa, donde el concepto de Sustentabilidad es considerado como un proceso y no como un fin. Hace más de tres décadas se ha comenzado a adoptar la Gestión Integrada de Cuencas Hidrográficas (GICH) como una forma efectiva para abordar las necesidades sociales y ambientales relacionadas al agua. En este sentido, la literatura propone que la cuenca es la unidad territorial más adecuada para alcanzar la SH, considerándose como un sistema socio-ecológico complejo. Asimismo, se ha comenzado a adoptar una idea de “buena gobernanza” que deba ser efectiva, eficiente e inclusiva, aspirando a incluir al sector público, privado y la sociedad civil, con un enfoque adaptativo que propone una gestión donde el poder y responsabilidad deben ser compartidos entre los usuarios de la cuenca, la ciencia y las agencias de gobierno, para alcanzar acciones colaborativas y coordinadas. Este trabajo analizó los fundamentos teóricos y los enfoques en uso en temas de SH, GICH y gobernanza, bajo la premisa que se puede avanzar hacia la SH mediante la adopción de una gobernanza adaptativa, sustentable y participativa. El objetivo fue analizar las dinámicas actuales y el grado de colaboración en redes de actores relacionados al agua en Chile y si éstas poseen las características de una gobernanza adaptativa para establecer una GICH que permita enfrentar los aspectos de la SH, tomando como modelos de buena gobernanza el Triálogo Gobierno-Sociedad-Ciencia y los Principios de Gobernanza del Agua de la OCDE, y como caso de estudio dos cuencas de uso múltiple: Rapel y Biobío. Para esto, se utilizó una metodología cualitativa, cuyos datos fueron obtenidos mediante observación participativa, análisis documental y entrevistas semiestructuradas a los actores clave identificados en cada cuenca, los cuales fueron posteriormente analizados críticamente mediante la herramienta Atlas.ti. A partir de los resultados, se pudo identificar las problemáticas y proponer estrategias de solución relacionadas a la SH a través de la perspectiva de los actores, mostrando que, a pesar de tener diferencias socio-ecológicas, dentro de las causas más importante de los conflictos en ambas cuencas se debe al alcance de las leyes y a una inadecuada producción y acceso a la información, generando un sentimiento de inseguridad hídrica y una alta incertidumbre ante los efectos del Cambio Climático. Asimismo, los únicos organismos que de alguna forma gestionan el agua a nivel de cuenca son las Juntas de Vigilancia, las cuales, a pesar de reconocer la importancia de la autogestión y promoverla, no aseguran que todos los afectados por el manejo del agua puedan participar de la toma de decisiones ni resolver adecuadamente los conflictos, debido a que están conformadas exclusivamente por titulares de derechos de aprovechamiento. Finalmente, se obtuvo un diagnóstico empírico de la actual relación de gobernanza del agua en las cuencas de estudio, con los actores involucrados a nivel local, y se pudo comprobar el alto grado de centralización de la toma de decisiones en un país cuyas características socioambientales son altamente heterogéneas. En este sentido, la situación actual de la gobernanza del agua en Chile no permite establecer un sistema de gobernanza adaptativa que permita una GICH que avance hacia la SH. Por esta razón, se considera urgente que el país integre las funciones institucionales, a través de una Subsecretaría o Agencia del Agua, y a los representantes del Gobierno la Sociedad y la Ciencia, a través de un Organismo o Corporación de Cuenca.; Society's use of inland waters has increased substantially as the population has grown, leaving less water available to sustain the processes associated with aquatic ecosystems. Estimates of water supply and demand in the world have revealed a serious imbalance, partly because of the effects of Climate Change, but also because of the recent demand for domestic, industrial and agricultural uses, which, to a large extent, determine the water scarcity of the planet. The situation in Chile is no different. Although the country has a privileged situation in terms of the total amount of water available, a significant number of areas of water scarcity have been declared in the territory, and it is expected that in the coming decades there will be a significant increase in the level of water stress, which can be qualified as "extremely high". Climate Change has become one of the most important concerns in the water sector and, in particular, Water Security (WS), an issue that has gained prominence in the political and academic sectors. WS is included in the Sustainable Development Goal (SDG) 6, and Chile has adhered to the fulfillment of the 2030 Agenda, however, studies have pointed out that the socio-environmental aspects of WS have not been adequately considered in the country, which, to a significant extent, is due to the weak management and governance of water resources. There has been a paradigm shift in the water management and governance measures needed to achieve WS at the international level, advancing from a centralized and hierarchical approach to decision-making to a more integrated and participatory perspective, using the concept of sustainability as a process rather than an end. During the last three decades, the concept of Integrated River Basin Management (IRBM) has been adopted as an effective way to address social and environmental needs related to water. In this sense, the literature suggests that the river basin is the most appropriate territorial unit for achieving WS, considered as a complex socio-ecological system. Likewise, an idea of "good governance" has been adopted, which should be effective, efficient and inclusive, seeking to involve the public, private and civil society sectors, within an adaptive approach that proposes a water management where power and responsibility should be shared among water users, science and government agencies to achieve more collaborative and coordinated actions. This socio-environmental research analyzed the theoretical foundations and approaches used on WS, IRBM and governance issues, under the premise that progress towards WS can be made through the adoption of adaptive, sustainable and participatory governance. The objective was to analyze the current dynamics and degree of cooperation in networks of water-related actors in Chile and whether they possess the characteristics of adaptive governance to establish an IRBM that allows addressing the aspects of WS, taking as models of good governance the Government-Society-Science Trialogue and the OECD Principles of Water Governance, and as a case study two multiple-use basins: Rapel and Biobío. For this purpose, a qualitative methodology was used, where data were collected through participatory observation, documentary analysis and semi-structured interviews with key actors identified in each river basin, which were later critically analyzed using the Atlas.ti tool. Results showed that, despite socio-environmental differences, the main causes of conflict in both basins are due to the scope of laws and inadequate production of and access to information, creating a sense of water insecurity and high uncertainty about the effects of Climate Change. Furthermore, the only organizations that somehow manage water at the basin level are the River Basin Committees, which, despite recognizing the importance of self-management and promoting it, do not ensure that all those affected by water management can participate in decision making or adequately resolve conflicts because they are composed exclusively of holders of water use rights. At the end of this research, a complete diagnosis of the current situation of water governance in the study areas has been obtained empirically, with the actors involved, at the local level, and it has been possible to verify the high degree of centralization of decision-making in a country whose socio-environmental characteristics are highly heterogeneous. In this sense, the current situation of water governance in Chile does not allow for the establishment of an adaptive governance system that allows for an IRBM that advances towards SH. For this reason, it is considered urgent for the country to integrate the institutional functions, through an Undersecretariat or Water Agency, and the representatives of government, society and science, through a River Basin Board.
Descripción : Tesis para optar al grado de Doctora en Ciencias Ambientales con mención en Sistemas Acuáticos Continentales.2023-01-01T00:00:00ZIntegrated assessment of climate change and land-use/land-cover change on floods: insighs from landscape configuration in a tropical basin.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11249
Título : Integrated assessment of climate change and land-use/land-cover change on floods: insighs from landscape configuration in a tropical basin.
Autor : Hurtado Pidal, Jorge René
Resumen : Climate change and land-use/land-cover change (LUCC) are among the main anthropogenic factors affecting flood risk, as they change the frequency and magnitude of floods. Specifically, native forest deforestation in tropical humid basins reduces the forest capacity for flood regulation during small and medium-size storms events. Also, while climate change affects at regional scales, the LUCC influences occur at a smaller, local scale. Consequently, forest protection and reforestation are considered a nature-based solutions (NbS) for flood regulation, especially on small basins (<100 Km2). However, there are few studies that analyze the combined effects of both forcings (i.e., climate change and LUCC) on floods, and generally they focus on the discharge at the basin outlet only. Thus, the continuous variation of interactions in the stream network has not been identified yet. On the other hand, little is known about the effects of different deforestation spatial patterns over floods. Together, these knowledge gaps limit the understanding of the ecosystem services provided by the forest for flood regulation within the context of NbS and climate change adaptation. Therefore, this research evaluates the effects of LUCC on floods distinguishing forest location and forest fragmentation in a humid tropical basin within the Ecuadorian Amazon. Additionally, it analyzes the individual and combined effects of climate change and LUCC on floods across the basin’s altitudinal gradient. In the first stage (Chapter III), this study applied the use of storm event sampling and flood-survey data to validate a modeling framework for flood hazard assessment in data-scarce watersheds. Specifically, the hydrologic modeling system (HEC-HMS) was coupled with the Nays2Dflood hydrodynamic solver to simulate the system response to several storm events including one, that flooded urban areas located within the basin. In the second stage (Chapter IV), the spatially-distributed hydrological model TETIS was calibrated and validated using nine storm samples in order to evaluate the effects of forest location and forest fragmentation on floods. The TETIS model was applied to simulate the influence of five LUCC scenarios, including forest location and forest fragmentation. The Kruskal-Wallis and the post-hoc Dunn tests were used to analyze the differences between scenarios. In the third stage (Chapter V), LUCC scenarios were prepared with two homogeneous land cover types, forest and agriculture, while precipitation scenarios were obtained through the Global Climate Model (GCM) IPSL SSP5-8.5 (CMIP6). The hydrological response of the scenarios was evaluated at 42 points across the stream network using the TETIS model previously calibrated. The individual and combined effects of climate change and LUCC were analyzed using absolute differences and the aforementioned statistical tests, including the Sheirer-Ray-Hare test. Results from the coupled approach, showed satisfactory model performance in simulating streamflow and water depths. In almost all events, the Nash-Sutcliffe coefficient (NSE) was within the range 0.40 ≤ NSE ≤ 0.95, while the range of Percent Bias (PBIAS) was −3.67% ≤ PBIAS ≤ 23.4%. Forest location and forest fragmentation had greater influence on overland flow than on stormflows at the basin outlet. However, forest location had more influence than forest fragmentation over both, overland flow and storm flows. Deforestation of the upper basin represented the worst scenario for flood regulation. In addition, the climate change effect on floods was more homogeneous than the LUCC effect, across the altitudinal gradient of the basin. Moreover, the relative influence of deforestation on stormflows was greater than that of climate change in the upper part of the basin, while in the lower part of the basin, the climate change was more important than LUCC for flood changes. For small floods the altitudinal range from 590 to 906 meters above sea level (m.a.s.l) was identified as a transitional area in terms of influence of deforestation on stormflows. However, a relatively stable threshold of absolute differences in peak flows and stormflow volume was obtained at 590 m.a.s.l. Finally, a slightly and statistically non-significant interaction between climate change and LUCC was identified, with an antagonistic effect in the lower part. In conclusion, native forest protection and/or reforestation, in the upper part of the basin are crucial for flood risk mitigation during small and moderate events, while maintaining several ecosystems services through implementation of NbS. The flood magnitude changes in the lower part of the basin are closely related to the scale effect and the sensitivity of the ecosystem in the upper part. Moreover, the importance of forest for flood regulation will be even greater in the future due to the climate change-induced precipitation projections. However, as storm intensity and catchment area increases, the capacity of forest to regulate floods decreases in the downstream direction and in a non-linear manner. Thus, the NbS needs to be integrated to other strategies within a broader context in order to achieve an effective flood management. The applied methodology can be used by modelers and decision-makers for flood impact assessment under climate change and LUCC scenarios in data-scarce watersheds. Moreover, the results improve our understanding of ecosystem services of Andean foothills forests and provide guidelines to implement NbS for flood regulation and climate change adaptation.; El cambio climático y el cambio de uso/cobertura del suelo (LUCC; por sus siglas en inglés) están entre los principales forzantes antrópicos que afectan la frecuencia y magnitud del riesgo de inundación. Específicamente, la deforestación de bosques nativos en cuencas húmedas tropicales reduce la capacidad de regulación de inundaciones (crecidas hidrológicas) durante eventos de tormentas pequeñas y medianas. Mientras que el cambio climático afecta a escalas regionales, la influencia del LUCC ocurre a una escala local más pequeña. En consecuencia, la protección y reforestación de bosques se consideran soluciones basadas en la naturaleza (SbN) para la regulación de inundaciones, especialmente en cuencas pequeñas (<100 Km2). Sin embargo, hay pocos estudios que analizan los efectos combinados del cambio climático y LUCC en las inundaciones, y generalmente se centran solo en el caudal a la salida de la cuenca. Por lo tanto, la variación continua de las interacciones en la red fluvial aún no ha sido identificada. Por otro lado, se sabe poco acerca de los efectos de diferentes patrones espaciales de deforestación en las inundaciones. Estas brechas de conocimiento limitan la comprensión de los servicios ecosistémicos proporcionados por los bosques para la regulación de inundaciones en el contexto de las SbN y la adaptación al cambio climático. Por lo tanto, este estudio evalúa los efectos del LUCC en las inundaciones distinguiendo la ubicación y fragmentación del bosque en una cuenca húmeda tropical dentro de la Amazonía ecuatoriana. Además, analiza los efectos individuales y combinados del cambio climático y el LUCC en las inundaciones a lo largo del gradiente altitudinal de la cuenca. En la primera etapa (Capítulo III), este estudio utilizó un muestreo de eventos de tormenta y datos de inundaciones en terreno para validar un marco metodológico de modelación de peligrosidad en cuencas con escasez de datos. El modelo HEC-HMS se acopló con el modelo hidrodinámico Nays2Dflood para simular la respuesta del sistema a varios eventos de tormentas, incluido uno que inundó áreas urbanas en de la cuenca. En la segunda etapa (Capítulo IV), se calibró y validó el modelo hidrológico distribuido TETIS utilizando nueve eventos de tormentas para evaluar los efectos de la ubicación y fragmentación del bosque en los caudales de crecida. El modelo TETIS se aplicó para simular la influencia de cinco escenarios LUCC, considerando diferente localización y fragmentación del bosque. Se utilizó el test estadístico de Kruskal-Wallis y el test post-hoc de Dunn para analizar las diferencias entre los escenarios. En la tercera etapa (Capítulo V), se prepararon escenarios homogéneos de LUCC con dos escenarios, bosque y agricultura, mientras que los escenarios de precipitación se obtuvieron a través del Modelo Climático Global (GCM; por sus siglas en inglés) IPSL SSP5-8.5 (CMIP6). La respuesta hidrológica de los escenarios se evaluó en 42 puntos a lo largo de la red fluvial utilizando el modelo TETIS previamente calibrado. Los efectos individuales y combinados del cambio climático y el LUCC se analizaron utilizando diferencias absolutas y los tests estadísticos ya mencionados, incluido el test de Sheirer-Ray-Hare. Los resultados del enfoque acoplado mostraron un rendimiento satisfactorio de los modelos en la simulación de caudales y niveles de agua. En casi todos los eventos, el coeficiente de Nash-Sutcliffe (NSE) estuvo dentro del rango 0.40 ≤ NSE ≤ 0.95, mientras que el rango de Sesgo Porcentual (PBIAS) fue −3.67% ≤ PBIAS ≤ 23.4%. Los patrones espaciales de LUCC tuvieron una influencia mayor en la escorrentía superficial que en los caudales de tormenta en la salida de la cuenca. Sin embargo, la localización del bosque tuvo más influencia que la fragmentación tanto en la escorrentía superficial como en los caudales de tormenta. La deforestación de la parte alta de la cuenca representó el peor escenario para la regulación de inundaciones. Por otro lado, el efecto del cambio climático en las inundaciones fue más homogéneo que el efecto del LUCC a lo largo del gradiente altitudinal de la cuenca. Además, la influencia relativa de la deforestación en la parte alta de la cuenca sobre el caudal de tormenta, fue mayor que la del cambio climático, mientras que en la parte baja, el cambio climático fue más importante. Para inundaciones pequeñas, el rango altitudinal de 590 a 906 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m) fue identificado como un área de transición en términos de la influencia de la deforestación en los caudales de tormenta. Sin embargo, se obtuvo un umbral relativamente estable de diferencias absolutas en caudales máximos y volumen de caudal a 590 m.s.n.m. Finalmente, se identificó una interacción leve y estadísticamente no significativa entre el cambio climático y el LUCC, con un efecto antagonico en la parte baja. En conclusión, la protección y/o reforestación de bosque nativo en la parte alta de la cuenca es crucial para la mitigación del riesgo de inundaciones, durante eventos pequeños y moderados. Al mismo tiempo se mantienen varios servicios ecosistémicos mediante la implementación de SbN. Los cambios en la magnitud de las inundaciones en la parte baja de la cuenca, están estrechamente relacionados con el efecto de escala y la sensibilidad del ecosistema en la parte superior. En este sentido, la importancia del bosque para la regulación de inundaciones será aún mayor en el futuro debido a las proyecciones de precipitación por cambio climático. Sin embargo, a medida que aumenta la intensidad de las tormentas y el área de captación, la capacidad del bosque para regular inundaciones disminuye en dirección aguas abajo y de manera no lineal. Por lo tanto, las SbN deben integrarse con otras estrategias dentro de un contexto más amplio para lograr una gestión
efectiva de inundaciones. La metodología aplicada puede ser utilizada por modeladores y tomadores de decisiones para la evaluación del impacto de inundaciones bajo escenarios de cambio climático y de LUCC en cuencas con escasez de datos. Estos resultados mejoran la comprensión de los servicios ecosistémicos de los bosques de las estribaciones Andes-Amazonía y proporcionan pautas para implementar SbN para la regulación de inundaciones y la adaptación al cambio climático.
Descripción : Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias Ambientales con mención en Sistemas Acuáticos Continentales.2023-01-01T00:00:00Z