El efecto de alteraciones antrópicas en los procesos hidrológicos de cuencas experimentales en un gradiente latitudinal en la Cordillera de la Costa entre las Regiones del Maule y Los Ríos, Chile.

Abstract

Chile se caracteriza por una alta diversidad de bosques naturales, plantaciones forestales, tipos de suelo, topografía, geología y patrones de precipitación en un amplio gradiente latitudinal, longitudinal y altitudinal. Además, el país presenta una larga historia de cambios de uso de suelo por efectos antrópicos desde la era precolombina (i.e., tala de bosque nativo y quemas para habilitación de terreno). Desde las comunidades locales, la academia, la industria y el Estado existe la preocupación sobre el efecto del cambio de uso de la tierra (e.g., reemplazo de praderas por plantaciones y los incendios) sobre los recursos hídricos como una alteración antrópica, tanto en cantidad, calidad, oportunidad y accesibilidad. Sin embargo, a pesar de más de 47 años de investigación de la hidrología forestal en Chile, aún no es claro el efecto de cambio de uso en los recursos hídricos y la interacción con el gradiente latitudinal de precipitaciones. El objetivo de esta tesis fue evaluar la evidencia sobre el impacto del cambio de uso y los incendios, sobre la cantidad de agua en Chile centro-sur. En particular, se pone foco en el efecto de estas alteraciones en la generación de caudales base y estivales en cuencas forestales con diferentes tipos de cobertura vegetal en la macrozona forestal (entre las Regiones del Maule y de Los Ríos). En una primera aproximación (Capítulo II), se estudió la generación de caudales recesivos en ocho pequeñas cuencas forestales en Chile centro-sur, comparando el efecto de diferentes coberturas sobre estos caudales en un gradiente latitudinal, incluyendo variables morfométricas. En una segunda aproximación (Capítulo III), se estudió el efecto del mega incendio 2017 en tres microcuencas en Chile central a través de métricas hidrológicas tales como el coeficiente de escorrentía y el índice de caudal base, y mediciones del isótopo Tritio en el caudal. En el cuarto capítulo se identificó la necesidad de incentivar la investigación de la hidrología forestal tanto desde el Estado como del sector privado, así como la reforma de las políticas públicas, articulando las investigaciones en hidrología forestal con un imperativo sentido de integralidad, por lo que se presenta una propuesta de desarrollo integral y descentralizado de la investigación hidrológica forestal. En el Capítulo II se determinó que, no obstante las diferencias morfométricas entre las cuencas estudiadas, de sus usos y clima, en época invernal no existen diferencias en la generación de caudales recesivos. Sin embargo, en verano es posible encontrar diferencias las cuales pueden deberse a diferencias en la evapotranspiración de las coberturas, y de la profundidad del suelo. Para el caso del Capítulo II y el efecto del mega incendio sobre la hidrología de pequeñas cuencas en Chile central y contrariamente a la literatura, en la cuenca cubierta por bosque nativo no se observó un aumento de los caudales punta, y con respecto a la escorrentía total no se observan alteraciones importantes dentro de los dos años siguientes al incendio. Para el caso de las dos cuencas con plantaciones, se observó un aumento de los caudales punta, posiblemente por efecto de la hidrofobicidad de los suelos, tal como se ha reportado en investigaciones en otros lugares. Dadas ambas aproximaciones con respecto a dos alteraciones antrópicas diferentes (i.e., plantaciones exóticas e incendios), es posible concluir que, a nivel de pequeñas cuencas experimentales, el suelo, la geología y particularmente el sistema de rocas fracturadas presente en ellas, jugarían un rol crucial en la interacción aguas superficiales-subterráneas de esos sistemas forestales. Por lo tanto, futuras investigaciones deberán estar enfocadas en los procesos subsuperficiales y en la interacción de aguas superficiales y subterráneas. Por ejemplo, el coeficiente de agotamiento de la curva recesiva como métrica hidrológica puede ayudar a desarrollar estrategias de planificación territorial con el fin de incrementar la provisión de agua en cuencas abastecedoras de agua potable.

Chile is characterized by a high diversity of natural forests, forest plantations, soil types, topography, geology, and precipitation patterns along a wide latitudinal, longitudinal, and altitudinal gradient. In addition, the country has a long history of land use changes due to human activities, such as deforestation and burning for land clearing, dating back to pre-Columbian times. Local communities, academia, industry, and the government are concerned about the impact of land use changes, such as replacing grasslands with plantations and forest fires, on water resources in terms of quantity, quality, timing, and accessibility. However, despite more than 47 years of research on forest hydrology in Chile, the effect of land use change on water resources and its interaction with the latitudinal precipitation gradient is still unclear. The objective of this thesis was to evaluate the evidence of the impact of land use change and forest fires on water quantity in central-southern Chile. In particular, the focus was on the effect of these disturbances on baseflow and summer flow generation in forested catchments with different land cover in the forest macrozone (between the Maule and Los Rios regions). In the first approach (Chapter II), baseflow generation was studied in eight small forested catchments in central-southern Chile, comparing the effect of different land covers on baseflow along a latitudinal gradient, including morphometric variables. In the second approach (Chapter III), the effect of the 2017 mega fire on three small catchments in central Chile was studied using hydrological metrics such as the runoff coefficient and baseflow index, and measurements of the Tritium isotope in the flow. The fourth chapter identified the need to encourage forest hydrology research both by the government and the private sector, as well as reforming public policies to integrate forest hydrology research with an imperative sense of integrality. Also, Chapter IV presents a proposal for an integral and decentralized forest hydrological research development. It was determined in Chapter II that, despite the morphometric differences between the studied catchments, their land use, and climate, there were no differences in baseflow generation during the winter. However, differences in summer flow generation may be due to differences in vegetation cover evapotranspiration and soil depth. In Chapter III and regarding the effect of the mega fire on the hydrology of small catchments in central Chile, contrary to the literature, no increase in peak flows was observed in the native forest cover catchment, and no significant alterations in total runoff were observed within the two years following the fire. In the case of the two catchments with plantations, an increase in peak flows was observed, possibly due to the hydrophobicity of the soils, as reported in research elsewhere. Finally, based on both approaches to two different anthropogenic disturbances (i.e., exotic plantations and forest fires), it is possible to conclude that, at the level of small experimental catchments, the soil, geology, and particularly the fractured rock system presents in them, play a crucial role in the interaction between surface and groundwater in those forest systems. Therefore, future research should focus on subsurface processes and the interaction between surface and groundwater. For example, the recession curve depletion coefficient as a hydrological metric can help develop territorial planning strategies to increase water supply in drinking water supply catchments.