Tesis Doctorado

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Browsing Tesis Doctorado by Author "Aguayo Arias, Mauricio Iván"

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    El cambio de uso del suelo en el centro sur de Chile. Comprendiendo su dinámica a través de la modelación espacialmente explícita y explorando sus efectos ambientales en una cuenca hidrológica de meso escala.
    (Universidad de Concepción., 2008) Aguayo Arias, Mauricio Iván; Parra Barrientos, Óscar
    Los usos del suelo han transformado una gran proporción de la superficie del planeta en los últimos 300 años. La tala de bosques, la producción agrícola, y la expansión de los centros urbanos son acciones humanas que han cambiado drásticamente el paisaje natural. En el centro y sur de Chile las transformaciones del paisaje estuvieron asociadas, en un inicio, a la expansión de la frontera agropecuaria que permitió satisfacer tanto las necesidades internas como la creciente demanda externa por productos agrarios. Posteriormente, un fuerte incentivo a la forestación, comandado por el estado, genera un acelerado proceso de desarrollo forestal que explica, en gran medida, la actual configuración del paisaje en esta región. El cambio de uso del suelo es el resultado de complejas interacciones entre factores sociales –incluido los políticos, económicos y culturales- y ambientales. Las técnicas de modelación espacialmente explícitas constituyen una poderosa herramienta que permite analizar los mecanismos que determinan los cambios y predecir los potenciales impactos derivados de las transformaciones del territorio. Una manera directa de explorar los efectos ambientales del cambio de uso del suelo es evaluar el impacto que esta perturbación genera sobre los recursos hídricos. La cobertura del suelo constituye un componente determinante en los procesos hidrológicos que ocurren a nivel de cuenca. Cambios en la cobertura, producto de diversas prácticas de uso del suelo, alteran significativamente el balance de aguas superficiales y la partición de las precipitaciones dentro de los procesos de evaporación, escorrentía y flujo de agua subterránea. En el centro sur de Chile la principal fuente de abastecimiento corresponde a cursos de agua superficiales. Muchas de las cuencas que dan origen a estas fuentes de abastecimientos han sido sometidas a intensos procesos de transformación incluyendo la tala de bosque nativo, el desarrollo de actividades agropecuarias y, en las últimas décadas, la forestación masiva con especies exóticas de rápido crecimiento. Este proceso de forestación ha hecho surgir con fuerza la idea de que las plantaciones forestales disminuyen la producción de agua en las cuencas hidrográficas. En este contexto, las hipótesis que guían este trabajo hacen referencia, por un lado, a la combinación de factores sociales y ambientales cuya distribución geográfica influyen fuertemente en el patrón espacial de la transformación del paisaje y, por otro, a los efectos que las coberturas de reemplazo generan sobre la producción hídrica en una cuenca de meso-escala. De este modo, los objetivos estuvieron centrados en la caracterización del patrón espacial de los cambios de uso del suelo que ha experimentado el paisaje del centro sur de Chile durante los últimos 30 años, explorando sus efectos ambientales a través de la respuesta hidrológica de una cuenca de meso escala. El área de estudio cubre una superficie de 2,3 millones de hectáreas y se encuentra localizada en una de las regiones más pobladas e industrializadas del país. Los cambios en la cobertura del suelo fueron detectados y cuantificados a través del uso de dos imágenes satelitales cuyas escenas corresponde a los años 1979 y 2000. Usando métodos cuantitativos basados en técnicas estadísticas y modelación espacial se sometieron a prueba una serie variables que, a priori, fueron consideradas factores forzantes del cambio de uso del suelo. Los resultados reafirman que las principales transformaciones del paisaje están dadas por el desarrollo de la actividad forestal, la mantención de los rubros agropecuarios y el crecimiento urbano e industrial. Las coberturas que experimentaron los mayores cambios corresponden a matorrales, terrenos agrícolas, bosque nativo y plantaciones forestales, siendo esta última la principal cobertura de reemplazo. Las áreas urbanas y las plantaciones forestales registraron los mayores avances durante el período de análisis. Una parte importante de las plantaciones se establece sobre suelos aptos para la agricultura. El tamaño de la propiedad y algunas variables demográficas determinan, en gran medida, la probabilidad de expansión forestal. Así también, el avance forestal se ve favorecido por la presencia de plantaciones previamente establecida y buenas condiciones accesibilidad. Por su parte, la presencia de bosque nativo influye positivamente en la probabilidad de expansión forestal debido a que una parte importante de estas áreas poseen condiciones favorables para el establecimiento de las plantaciones. Los procesos de desforestación y sustitución del bosque nativo están fuertemente controlados por condiciones topográficas extremas y de accesibilidad. Bosques ubicados en sectores con topografía moderada y altamente fragmentados son más susceptibles a los cambios. Los datos revelan que la principal causa de pérdida del bosque nativo, en el área de estudio, se debe a la expansión de la frontera forestal hacia los cordones montañosos. En cuanto a las áreas urbanas, las vías de acceso siguen siendo la variable que tradicionalmente ha estructurado su crecimiento. Gran parte de la expansión urbana se establece en suelos agrícolas, tendencia observada en la mayoría de las ciudades ubicadas a lo largo del valle central de Chile. En cuanto a los efectos ambientales, el modelo Soil an Water Assesment Tool (SWAT) fue elegido para evaluar la respuesta hidrológica de la cuenca del río Vergara (4.265 km2) ante distintos escenarios de uso del suelo construidos a partir de reglas heurísticas y modelos de regresión logística. Los resultados muestran que el modelo aplicado posee una buena capacidad para representar la hidrología de la cuenca bajo análisis. Las tendencias en la variación del caudal son consistentes con las encontradas por otros autores en cuencas de pequeña y meso escala. Escenarios en donde los usos agrícolas son dominantes producen un aumento del caudal medio anual. Por el contrario, escenarios predominantemente forestales generan una disminución de los caudales de descarga. Los resultados también sugieren que el proceso forestación, independiente de la especie utilizada, devuelve las condiciones hidrológicas típicas de una cuenca cuya principal cobertura de suelo son formaciones boscosas.
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    Efectos del cambio de uso cobertura del suelo sobre la respuesta hidrológica en cuencas del centro sur de Chile bajo escenarios de cambio climático.
    (Universidad de Concepción., 2021) Martínez Retureta, Rebeca; Aguayo Arias, Mauricio Iván
    El cambio de uso del suelo y cambio climático destacan entre los principales factores forzantes del cambio ambiental global, debido a que afectan aspectos claves del sistema terrestre cuyo adecuado funcionamiento sustenta importantes servicios ecosistémicos. A nivel global, más de la mitad del agua generada a través del proceso de escorrentía es usada por el hombre. En el centro-sur de Chile, la principal fuente de abastecimiento hídrico corresponde a cursos de agua superficial cuya recarga depende del régimen de precipitaciones. En las últimas décadas muchas de las cuencas que proveen estos servicios ecosistémicos, han sido sometidas a intensos cambios en el uso del suelo como la tala de bosques nativos y la forestación masiva con especies exóticas de rápido crecimiento. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del cambio de uso/cobertura del suelo, ocurrido en el centro sur de Chile sobre el recurso hídrico, así como su vulnerabilidad ante posibles escenarios de cambios de uso de suelo y cambio climático. El modelo SWAT fue implementado para predecir el impacto en la respuesta hidrológica de las cuencas de los ríos Andalién, Quino y Muco con disponibilidad de datos hidro-meteorológicos de más de 30 años. Para ello se simularon 16 escenarios combinados de uso/cobertura de suelo y periodos climáticos. El efecto del cambio de uso/cobertura del suelo sobre la respuesta hidrológica en años pasados se analizó utilizando los escenarios LU_1986, LU_2001 y LU_2011. Mediante un análisis de distribución t de Student para muestras relacionadas se pudo determinar la ocurrencia de graves disminuciones en los caudales entre los escenarios modelados respondiendo a un aumento de las plantaciones forestales y agricultura con una disminución del bosque nativo y matorrales en las tres cuencas de estudio en diferentes magnitudes. Se determinó además que los cambios ocurridos provocaron el aumento significativo de la evapotranspiración anual (+4.2%, +2.4% y +4.2%) con una disminución de la percolación (-15.6%, - 11.0% y -12.2%) y el flujo subterráneo (-2.4%, -15.0% y -10.1%), conduciendo a la disminución del rendimiento hídrico (-1.3%, -4.5% y -5.3%) en las cuencas Andalién, Quino y Muco respectivamente. Los escenarios pasados de cambio de uso/cobertura del suelo de los años 1986, 2001 y 2011 fueron posteriormente considerados para la simulación del escenario futuro de expansión forestal al año 2051. Este proceso se llevó a cabo por medio del modelo de regresión logística siguiendo los patrones de crecimiento de las áreas de plantaciones forestales y considerando la actual legislación sobre la protección del bosque nativo. Para este análisis se seleccionaron las cuencas Quino y Muco por presentar mayores posibilidades de cambio ante un escenario forestal futuro. El cambio porcentual proyectado para las cuencas Quino y Muco entre 2011 y 2051 prevé un aumento considerable de las plantaciones forestales en un 8.1% y 14.1% lo que representa una ocupación del 35.4% y el 22.3% del total de las áreas de las cuencas respectivamente para este año. Por su parte este escenario de aumento en las plantaciones forestales proyecta una sustitución principalmente de los terrenos agrícolas (2.1% y 7.01%), matorrales (3.4% y 4.3%), y praderas (2.9% y 2.9%) para Quino y Muco respectivamente.Finalmente, para el análisis individual y combinado de los efectos de los cambios de uso/cobertura del suelo (LUCC) y el cambio climático sobre la hidrología de las cuencas, se determinó un escenario histórico con el LU_2011 para un periodo climático de 1976-2005, el cual fue comparado con cinco combinaciones de cambios futuros. Se utilizó el modelo climático local RegCM4- MPI-ESM-MR para determinar los periodos de cambio climático: 2020-2049 (futuro inmediato) y 2050-2079 (futuro intermedio), bajo la proyección del escenario climático futuro RCP 8.5. Mientras que el escenario proyectado de expansión forestal se utilizó como escenario futuro de cambio de uso/cobertura del suelo. Los resultados muestran que los LUCC futuros y el cambio climático en su efecto individual y combinado conducirían a escenarios de menos rendimiento hídrico. La mayor sensibilidad en estas cuencas estaría asociada a los posibles LUCC, agudizando su impacto al incorporar el efecto del cambio climático. De este modo, el aumento de la evapotranspiración y la disminución del rendimiento hídrico se deben fundamentalmente al aumento de plantaciones forestales proyectado. Esto, unido al aumento de las temperaturas en 1.5°C y la disminución de la precipitación en 127mm y 140mm para las cuencas Quino y Muco respectivamente, afectaría la disponibilidad del recurso hídrico en las cuencas de estudio en caso de cumplirse las condiciones supuestas en la simulación en el futuro, presentando efectos en todos los componentes del ciclo hidrológico y con disminuciones del rendimiento hídrico de la cuenca de hasta -6.18% y 5.53 % respectivamente.
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