Ingeniería Agrícola - Tesis Doctoradohttp://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/252024-03-28T08:10:37Z2024-03-28T08:10:37ZEl 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.Balocchi Contreras, Francisco Javierhttp://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/117162024-01-10T06:03:43Z2023-01-01T00:00:00ZEl 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.
Balocchi Contreras, Francisco Javier
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.
Tesis para optar el grado de Doctor en Recursos Hídricos y Energía para
la Agricultura.
2023-01-01T00:00:00ZUso de datos de precipitación grillada para mejorar la modelación hidrológicaPortuguez Maurtua, Domingo Marcelohttp://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/117092024-01-10T06:03:41Z2023-01-01T00:00:00ZUso de datos de precipitación grillada para mejorar la modelación hidrológica
Portuguez Maurtua, Domingo Marcelo
Uno de los fenómenos naturales más devastadores, capaces de causar una gran destrucción en
muy poco tiempo son las inundaciones, producidas por las fuertes lluvias estacionales, que se
caracterizan por su alta velocidad y poder destructivo. La precipitación es el principal aporte de
recurso hídrico en una cuenca; pero al mismo tiempo es responsable de los eventos climático meteorológicos extremos, como sequías o inundaciones. Además, la cantidad limitada de estaciones terrestres, la dificultad en su obtención, ausencia de registros continuos de longitud
considerable, son factores limitantes que asocian la incertidumbre a la variación temporal y
espacial de la precipitación. Por lo tanto, para abordar la estimación de precipitaciones en
lugares donde no se dispone de series de datos confiables, se considera como alternativa la
interpolación espacial. La interpolación espacial es una técnica eficiente que permite generar
precipitaciones grilladas, insumo de datos de entrada en los modelos hidrológicos distribuidos
basados físicamente. El objetivo del estudio fue evaluar la mejora de la modelación hidrológica con datos grillados mediante la aplicación del modelo hidrológico HEC-HMS en cuenca interandina. Se plantearon tres objetivos específicos. Primero (Capitulo II), analizar la calidad y relleno de serie de precipitación diaria, esto se realizó mediante gráfica de serie de tiempo, diagrama de caja y prueba de homogeneidad; y para la completación de precipitaciones faltante se utilizaron técnica de regresión y machine learning. Segundo (Capitulo III), analizar el uso de parámetros morfométricos para el mapeo de áreas vulnerables a inundaciones, mediante la caracterización de los parámetros morfométricos se identificaron zonas vulnerables a inundaciones. Tercero(Capitulo IV), evaluar el desempeño de un modelo hidrológico utilizando datos grillados, se utilizaron como insumos de entrada información grillada de precipitación, topografía y numero de curva al modelo hidrológico. Capítulo V, se presentan las conclusiones generales, hipótesis y futuras investigaciones. Además, siguiendo la metodología desarrollada en la investigación, se menciona de gran importancia la evaluación la calidad de los datos, antes de ser usada como insumo en la generación de precipitación grillada extremas. Finalmente, esta investigación desarrolló una metodología que permitió mejorar la modelación hidrológica a partir de datos grillados.; One of the most devastating natural phenomena, capable of causing great destruction in a very short time, are floods, produced by heavy seasonal rains, which are characterized by their high speed and destructive power. Precipitation is the main source of water resources in a basin; but at the same time it is responsible for extreme climatic-meteorological events, such as droughts or floods. In addition, the limited number of ground stations, the difficulty in obtaining them, the absence of continuous records of considerable length, are limiting factors that associate uncertainty to the temporal and spatial variation of precipitation. Therefore, to address the estimation of precipitation in places where reliable data series are not available, spatial
interpolation is considered as an alternative. Spatial interpolation is an efficient technique to generate gridded precipitation, input data for physically based distributed hydrological models.
The objective of the study was to evaluate the improvement of hydrological modeling with gridded data through the application of the HEC-HMS hydrological model in the inter-Andean basin. Three specific objectives were set. First (Chapter II), to analyze the quality and filling of daily precipitation series, this was done by means of time series plot, box plot and homogeneity test; and for the completion of missing precipitation, regression and machine learning techniques were used. Second (Chapter III), analyze the use of morphometric parameters for the mapping of areas vulnerable to flooding, through the characterization of orphometric parameters were identified areas vulnerable to flooding. Third (Chapter IV), to evaluate the performance of a hydrological model using gridded data, gridded information on precipitation, topography and curve number were used as input to the hydrological model. Chapter V presents the general conclusions, hypotheses and future research. In addition, following the methodology developed in the research, the evaluation of the quality of the data, before being used as input in the generation of extreme gridded precipitation, is mentioned as being of great importance. Finally, this research developed a methodology that
allowed improving the hydrological modeling from gridded data.
Tesis para optar el grado de Doctor en Recursos Hídricos y Energía para la Agricultura
2023-01-01T00:00:00ZTranspiración de cultivo y evaporación de suelo para cultivos de cobertura parcial y suelos parcialmente humedecidos.Souto Escalona, Camilo Ignaciohttp://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/82722023-11-10T23:41:02Z2019-01-01T00:00:00ZTranspiración de cultivo y evaporación de suelo para cultivos de cobertura parcial y suelos parcialmente humedecidos.
Souto Escalona, Camilo Ignacio
Un modelo de balance de energía superficial (SEB) fue concebido para estimar la
transpiración de cultivo (T) y evaporación de suelo (E) en huertos y viñedos donde la
super cie de suelo esta parcialmente húmeda por un sistema de micro-riego. El modelo
propuesto de balance de energía super ficial para suelos parcialmente humedecidos (SEBPW)
fue construido basándose en modelos de múltiples capas para estimar el
flujo de calor latente, sensible y del suelo, para lograr la partición de la evapotranspiración (ET)
en E húmedo, E seco y T de cultivo. El modelo estima del balance de energía y las
resistencias al flujo la E desde áreas de suelo seco y húmedo bajo la canopia, E desde
áreas de suelo seco y húmedo entre hilera y T de cultivo y ET total. Esta tesis describe
en el capítulo 2 el desarrollo del modelo, un análisis de sensibilidad, una evaluación
preliminar del modelo SEB-PW en dos huertos de viñedos y en el capítulo 3 la validación
del modelo SEB-PW para dos huertos de avellanas europeas.
La evaluación del modelo (capítulo 2) mostró que los valores de ET horarios simulados
tienen una buena correlación con las mediciones de terreno conducidas con el método
de renovación de super cie (surface renewal) y micro-lisímetros (MLs) en dos viñedos
micro-irrigados en California del norte para un rango de cobertura de canopia. La evaluación mostró que E estimado horariamente tuvo la raíz del error cuadrático promedio
(RMSE) de 58.6 W m-2, error absoluto promedio (MAE) de 35.6 W m-2, una e ciencia
de Nash-Sutcliffe (NSE) de 0.85, y un índice de acuerdo (da) de 0.94. Estimaciones
de la E diaria (Es) tuvo un RMSE de 0.30 mm d-1, MAE de 0.24 mm d-1, NSE de
0.87, y da de 0.94. Estimaciones de Es tuvieron un coe ficiente de determinación (r2) de
0.95 cuando fueron comparados con las mediciones de los MLs, los cuales mostraron que
Es puede alcanzar entre un 28% a un 46% de la ET total después de un evento de riego.
Tesis para optar al grado de Doctor en Ingeniería Agrícola, mención en Recursos Hídricos en la Agricultura.
2019-01-01T00:00:00ZMejorando la comprensión y representación del proceso de almacenamiento y liberación de aguas subterráneas de un modelo hidrológico de acuerdo a la geología dominante de una cuenca.Parra Ramírez, Víctor Manuelhttp://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/82642023-11-10T22:51:56Z2019-01-01T00:00:00ZMejorando la comprensión y representación del proceso de almacenamiento y liberación de aguas subterráneas de un modelo hidrológico de acuerdo a la geología dominante de una cuenca.
Parra Ramírez, Víctor Manuel
El agua dulce es fundamental para el desarrollo de la vida humana. En ese sentido, cuencas de
montaña juegan un papel importante, puesto que aportan agua a cuencas más bajas (acuífero
aluvial). A pesar de ello, en estos sistemas, procesos de almacenamiento y liberación de aguas
subterráneas y su relación con las características geológicas y topográficas predominantes, aún
no son completamente entendidos. Mejorar muestro conocimiento de los procesos de
almacenamiento y liberación de aguas subterráneas es fundamental para tener mejores
estimaciones de caudales mínimos, lo que contribuirá a mejorar las practicas gestión en periodos
de escases hídrica.
Esta investigación abarca 5 capítulos con el objetivo de mejorar la comprensión y simulación
de caudales bajos, relacionando la influencia del tipo de geología con la modelación del proceso
de almacenamiento-liberación de aguas subterráneas. En el CAPITULO 1 se realiza una revisión
de literatura que consiste en describir el estado del arte y metodologías para el desarrollo de la
tesis. En el CAPITULO 2 se evalúa una metodología de medición de caudales (aforos) y
modelación de aguas subterráneas en una cuenca de montaña para evaluar la influencia
geológica en la interacción de aguas superficiales y subterráneas (almacenamiento y liberación
de aguas subterráneas). En el CAPITULO 3 se evalúa el análisis de caudales de recesión en
cuencas con diferentes características geológicas con el objetivo de identificar comportamientos
de almacenamiento-liberación de aguas subterráneas. En el CAPITULO 4 se evalúan diferentes
estructuras conceptuales de almacenamiento-liberación en un modelo hidrológico conceptual
para perfeccionar el diseño de este y mejorar la conceptualización de este proceso de acuerdo a
la geología predominante de la cuenca. Por último, en el CAPITULO 5 se realizan conclusiones
generales del estudio y futuras líneas de investigación.
De acuerdo a los resultados obtenidos, se identifica que la combinación de geología (volcánica)
y topografía con pendientes fuertes lleva a un río de montaña a ganar y perder aguas superficiales a lo largo del cauce por lo que se recomienda analizar la interacción agua superficial y subterránea para una mejor gestión del agua en sistemas volcánicos. Por otro lado, los resultados sugieren que con el análisis de caudales de recesión es posible identificar diferentes
comportamientos de almacenamiento subterráneo asociados a diferentes características
geológicas, y por lo tanto, es una herramienta valiosa para mejorar la representación y
conceptualización de este proceso con el fin de avanzar en mejores predicciones de caudales
mínimos. Finalmente, la evaluación de las estructuras conceptuales sugieren existe una
estructura adecuada (mejor) para simular caudales bajos en cuencas independiente de las
características geológicas (volcánica, sedimentaria) y topografía (abrupta o empinada). Los
resultados también sugieren que una estructura más simple puede ser suficiente para predecir
caudales bajos en cuencas con influencia sedimentaria o topografía llana.
Esta investigación muestra una metodología simple para estudiar y mejorar la simulación de
caudales bajos en cuencas con diferentes características geológicas, como es el análisis de
caudales de recesión junto con la evaluación de estructuras de almacenamiento subterráneos.
Tesis para optar el grado de Doctor en Ingeniería Agrícola, mención en Recursos Hídricos en la Agricultura.
2019-01-01T00:00:00Z