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Agricultural drought in Chile From the assessment toward prediction using satellite data.
(Universidad de Concepción., 2017) Zambrano Bigiarini, Francisco Javier; Lillo Saavedra, Mario
Climate change is occurring and there is a scientific consensus that human being is playing a key role by pouring greenhouses gases to the atmosphere. Temperature has been increasing globally and the precipitation patterns are changing. Regionally, since the year 2010 Chile has been experiencing which has been called a mega drought, however, it has been seen mostly in meteorological terms by analyzing precipitation deficits. Further, the future projection for Chile indicates that the precipitation will decrease in Central-South Chile, this addded to the increase on temperature likely could increase drought frequency and intensity. Also, in this regard crop yield of corn and wheat decreases are forecasted by 2050 for Chile. The study on how climate variability and human activity impact agriculture has been known as agricultural drought. One of the main factors that trigger this drought conditions is precipitation deficit, thus is crucial to understand how this depletion relates to agriculture development. Although, since 2010 Chile has been facing water shortage mostly as results of the analysis of annual precipitation, but still there is a lack of knowledge about how this mega drought is affecting agriculture over Chile. Moreover, during the growing season 2007-2008 a large part of the country experienced decreases in crop yield for which these areas were declared under drought emergency by the government. However, by analyzing the total amount of annual precipitation these years are not seen as relevant drought years. This happens in part because for vegetation is more important the timing of the rainfall deficit rather than the cumulative over a year. Thus, the study and understanding of agricultural drought and methods that could help to anticipate it are challenging. The study of agricultural drought at regional and global scale brings the problem of having enough data that allow to analyze it spatially and temporally. Nonetheless, since the 70’s the use of remote sensing data obtained from satellite to monitor the environment at global and regional scale has been highly improved, and nowadays are a key data source to support climatic and environmental studies. In that regard, there is an important amount of satellite-derived data publicly available. One of this dataset that provided useful data for the monitoring of vegetation is provided for the National Aeronautics and Space Administration (NASA) and its sensor the Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) which is coupled to the TERRA and AQUA satellites. Further, multiple microwave and infrared satellites have allowed the development of precipitation estimates products at different temporal and spatial resolutions Between them, highlight the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Multi-satellite Precipitation Analysis (TMPA) having data since 1998, and also has been derived long-term precipitation products such as the Precipitation Estimation from Remotely Sensed Information using Artificial Neural Networks - Climate Data Record (PERSIANNCDR) with data since 1983, and the Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station data version 2 (CHIRPS v2) providing estimates since 1981. These vegetation and precipitation satellite products are valuable data sources for agricultural drought studies, allowing to evaluate the interaction vegetationprecipitation at regional and global scale. Accordingly, in this thesis was studied the usefulness of satellite data for the assessment and prediction of agricultural drought over Chile. The main research question is: How well the satellite data of vegetation and precipitation together with climatic oscillation indices can be used to predict agricultural drought before the end of the growing season? To achieve this, the work was developed in three stages: 1) assessment of vegetation response to water shortage in the BioBío Region of Chile, 2) the evaluation of long-term satellite precipitation data over Chile for use in drought studies, and 3) prediction of agricultural drought in Chile from one to four month before the end of the growing season for 2000-2016. For the first stage, was used
Comportamiento espacial y temporal de los eventos externos de precipitación, en monto e intensidad para suraciones desde los 15 minutos hasta las 24 horas en la Región del Maule, Chile
(Universidad de Concepción., 2019) Sangüesa Pool, Claudia B.; Rivera Salazar, Diego; Pizarro Tapia, Roberto; Arumi Ribera, José Luis
La intensidad máxima de precipitación es un factor importante a la hora de determinar si se han producido cambios temporales y espaciales. Este estudio se basó en los registros obtenidos desde bandas pluviográficas para determinar las intensidades máximas anuales de precipitación para la Región del Maule, Chile, en 11 estaciones de medición y para duraciones de 15 minutos a 24 horas, entre los años 1974 y 2009. Se aplicaron pruebas estadísticas de posición y dispersión a estos datos, junto con la prueba no paramétrica de Mann-Kendall. De los resultados se desprende que las intensidades más altas se dan en las estaciones de mayor influencia orográfica y en zonas próximas a masas de agua. Adicionalmente, el análisis de las tendencias de las intensidades máximas de lluvia no mostró tendencias de comportamiento espacial o temporal a través del tiempo. En cambio, los resultados indicaron que las intensidades se han mantenido dentro de los límites conocidos y no han manifestado cambios importantes que puedan atribuirse a la variabilidad del clima o al cambio climático. Se realizó un estudio para determinar el comportamiento de las concentraciones de precipitación entre las regiones de Coquimbo y la Araucanía de Chile. Se analizaron los registros diarios y mensuales de 89 estaciones pluviométricas en el período 1970-2016 y distribuidas entre 29°12’S y 39°30’S. Esta área se dividió en dos zonas: árido-semiárida y húmedo-subhúmeda. Para cada estación se calcularon el coeficiente de Gini o Índice de Gini (GI), el Índice de Concentración de Precipitación (PCI) y la intensidad máxima anual de precipitación en un período de 24 horas. Estas series de valores anuales se analizaron con la prueba de Mann-Kendall al 5%. En general, se observó que las tendencias positivas de la GI están presentes en ambas áreas, aunque en la mayoría de los casos no se encontraron x significativas. En el caso de la PCI, la presencia de tendencias positivas sólo está presente en la zona árido-semiárida; en la zona húmedo-subhúmeda, se observaron en su mayoría tendencias negativas, aunque ninguna fue significativa. Aunque no se observan cambios significativos en ambos índices, destaca el caso particular del GI en la zona húmeda-subhúmeda, donde se encontraron tendencias mayormente positivas (91,1%), de las cuales el 35,6% fueron significativas. Esto indicaría que es más probable que las precipitaciones se concentren en una escala diaria. Se realizó una caracterización de los eventos de lluvia registrados en la estación Potrero Grande (Región del Maule) para el periodo 1982 – 2009, a partir de los registros de precipitación extraídos de las bandas pluviográficas. En este periodo se registraron 539 eventos, con un promedio anual de 19 eventos/año. En términos anuales se verifica una disminución en el número de eventos por año y una disminución en el monto de lluvia caído por evento en el periodo estudiado. En el mes de febrero ocurren los eventos de mayor intensidad lo que genera una situación de riesgo para la actividad agrícola. Al analizar las tendencias de las intensidades de precipitación se observa un cambio en la estructuración intra anual de la precipitación, ya que algunos meses (febrero, marzo, junio y septiembre) presentan un aumento de las intensidades de lluvia mientras que en los demás meses han disminuido. Al agrupar las series de datos por estación del año se observan claras tendencias significativas al aumento de las intensidades media del evento y de las máximas por evento para las duraciones desde 15 min hasta 12 horas y ello para las 4 estaciones. Para 24 horas si bien la tendencia es al aumento de la intensidad de precipitación, esta solo es significativa para el verano. Finalmente, al considerar los eventos extremos, estos no muestran tendencias significativas para ningunas de las estaciones, excepto en primavera que tiene una tendencia a aumentar la intensidad media del evento.
Desarrollo de un sistema de bombeo eólico de acople directo mediante un convertidor de potencia .
(Universidad de Concepción., 2014) Lara Castells, David Domingo; Merino Coria, Gabriel Guillermo
OVERALL OBJETIVE: To develop and evaluate a direct coupled wind-electric pumping system driven by a static power converter that allows maximum power point tracking and does not requiere the use of batteries. SPECIFIC OBJETIVES: 1.To quantify the efficiency of a small-power wind pumping system with battery bank in each stage of power conversion. 2. To develop and evaluate a static power converter that allows direct coupling between the aerogenerator and electropump, tracking the maximum power point.3. To quantify the effect of wind speed and electro pump operation at variable rotational speed on the pumping capacity of the system.
Desinfección de aguas de uso agrícola, mediante la utilización de un fotocatalizador inmovilizado en mortero de cemento y activado por luz solar.
(Universidad de Concepción., 2009) De la Hoz Mardones, Felipe Alexis; Arumi Ribera, José Luis
El cumplimiento de los estándares de calidad del agua de riego impuestos por los mercados internacionales puede convertirse en una restricción para la exportación de productos agropecuarios, debido a los problemas asociados a la inocuidad y compatibilidad ambiental exigidos. Utilizar agua de buena calidad y en cantidades apropiadas, permite a la actividad agrícola competir con otros sectores productivos más eficientes económica y ambientalmente. Sin embargo, se ha encontrado que la contaminación de las aguas a usar en riego, en general, no cumplen las normativas y guías nacionales e internacionales, por lo que es necesario desarrollar tecnologías que permitan remediar y recuperar el recurso hídrico. El manejo dentro del marco de las Buenas Prácticas Agrícolas (BPA's) permite prevenir la contaminación, pero no aseguran la calidad del agua que se utiliza en la actualidad.
Determinación de evotranspiración a escala regional mediante imágenes satelitales MODIS.
(Universidad de Concepción., 2011) Flores Pacheco, Fabiola Alejandra; Lillo Saavedra, Mario
Durante los últimos años se han desarrollado una gran variedad de modelos para estimar evapotranspiración (ET) espacialmente distribuida, pero muchos de ellos necesitan de una gran cantidad de datos proporcionados por estaciones meteorológicas distribuidas homogéneamente en el área de estudio, lo cual es bastante difícil de encontrar a escala regional. En la presente Tesis Doctoral se han implementado tres modelos de estimación de evapotranspiración en la Región del Bío-Bío, Chile, por medio de teledetección. Los modelos de ET implementados fueron: ET a partir del défi cit de presión de vapor (EDPV ), ET a partir de la temperatura de la Cubierta Vegetal (ETV CI) y Mapping Evapotranspiration at high Resolution with Internalized Calibration (METRIC). Las imágenes satelitales utilizadas corresponden a las proporcionadas por el sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), el cual entrega las imágenes con una resolución espacial de 250, 500 y 1000 m, según el producto deseado, trabajado en específico a una resolución espacial de 1000 m. El modelo METRIC se tomó como base para realizar la evaluación del error de los modelos ETV CI y EDPV , ya que ha sido aplicado y calibrado con técnicas lisimétricas en diversos lugares, y además se ha comprobado su e ficiencia y exactitud para estimar flujos de ET:
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.
(Universidad de Concepción., 2023) Balocchi Contreras, Francisco Javier; Arumí Ribera, José Luis
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.
Efecto de la agricultura intensiva de riego sobre el régimen hidrológico superficial en cuencas del Valle Central de la VII región, Chile.
(Universidad de Concepción., 2008) Uribe Cifuentes, Hamil Leonardo; Arumi Ribera, José Luis
Existe plena conciencia de que el agua constituye uno de los recursos naturales más críticos del presente siglo y de la necesidad de un mejor manejo de ella, debido a su creciente escasez (Droogers et al., 1999) y la fuerte competencia por su uso por parte de distintos sectores de la economía. Indudablemente es necesario realizar una buena administración y planificación de los recursos hídricos, lo que sólo es posible si se provee de información fiable y segura a los usuarios del agua, tanto a nivel de campo, como a escalas que integren las cuencas de los ríos. La generación de información de estas características es una tarea no trivial (Bastiaanssen et al., 2000) y obliga extremar esfuerzos para ayudar en la toma de decisiones informadas, tanto al sector público como privado.
Eficiencia en el uso del agua: uso en conjunto del análisis de ciclo de vida y optimización multiperíodo.
(Universidad de Concepción., 2019) Kuschel Otarola, Mathias Nicholas; Rivera Salazar, Diego; Holzapfel Hoces, Eduardo
With the need to feed an increasing population, the worldwide irrigated area should increase in 30 M ha demanding 40% more water and energy for the next 20 years. Agriculture, however, has contributed to water scarcity. Among different proposed solutions, optimisation has included in this thesis, which aims to assign resources among competitive activities, subject to some restrictions and solved through mathematical algorithms. A key part of the optimisation model is a crop production function, which relates the yield reduction as a result of the relative loss in evapotranspiration. In the literature, most of the researches are based at a seasonal timescale, i.e., they do not account for intraseasonal changes. Therefore, the motivation was to develop in Chapter 1, a monthly crop yield function based on crop features (yield response factor for each growth stage and its duration in days) and sowing dates. This approach presented low values of RMSE and RD (below to 0.03 and 6.75%, respectively) when was compared to the daily approach proposed by Raes et al. (2006). Once the monthly crop yield function was developed, it was included in a monthly optimisation model to obtain an optimum cropping pattern and monthly water allocation for irrigated agriculture to obtain maximum profits (Chapter 2). The model included improvements in water resource management such as water storage and water transactions, being the latter a monthly decision variable that can increase farmer’s profits. Results showed that the model not only attains higher profits but also decreases uncertainty and improves risk management. With respect to the monthly crop yield function developed in Chapter 1, the yield response factors proposed by Doorenbos and Kassam (1979) and FAO (2017), are not specific for a particular soil type or management. Therefore in Chapter 3 was included AquaCrop-OS (Foster et al., 2017), an open source code version of AquaCrop (Steduto et al., 2009) which was written in MATLAB. AquaCrop simulates attainable yields of crops as a function of water consumption under rainfed, supplemental, deficit and full irrigation conditions and has been used to determine accurately crop yield in some crops. The objective was to estimate the yield response factor (slope of the crop yield function) under local conditions for a given crop, soil, weather, sowing date and management and for each growth stage which depends on the growing degree days (GDD) instead of days. Results showed that there was a good agreement in the proposed methodology (over 85% of the results for each crop presented NRMSE values below to 20%).
Estimación de evapotranspiración espacialmente distribuida mediante un enfoque GEOBIA (Estimation of spatially distributed evapotranspiration through of GEOBIA approach).
(Universidad de Concepción., 2015) Fonseca Luengo, David Alexander; Lillo Saavedra, Mario; Lagos Roa, Luis; Gonzalo Martin, Consuelo
Estimation of the crop water requirement is critical in the optimization of agricultural production process, due yield and costs are directly a ected by this estimation. Important bene ts of a correct estimation of water requirement are the increasing irrigated area, and a high production due a better root condition. Actually in most cases the crop water requirement, represented by the Evapotranspiration (ET), is estimated through local approaches. Some of these approaches use classical and novel techniques, that can estimate ET with high accurate but precluding the spatial crop representation of ET. In this sense, remote sensing appears as a way to ET estimation considering spatial and temporal variability. ET models using satellite images have been developed in the last decades, using in most cases the surface energy balance which has generated good ET representation in di erent study sites. One of these models is METRIC (Mapping Evapotranspiration at high Resolution using Internalized Calibration) that using a simple and physical-empirical basis solving the surface energy balance to estimate ET. The main drawback of METRIC model is the low robustness in the selection of a pair of parameters called anchor pixels, that in the original version of METRIC were selected by an operator, but aiming to standardize this selection and avoid the e ect of di erent operator criteria an automation was proposed. Although this automation standardizes the model response, this requires a selection of an area where to nd these anchor pixels, moreover a high sensibility to di erent anchor pixel candidates still can be observed. In addition, where this automation is implemented selecting di erent areas where anchor pixels are found, important di erences in the ET estimation are generated. In this dissertation an object based image analysis (GEOBIA) is implemented to anchor objects (changing the approach from pix With the GEOBIA approach, segmentation and classi cation processes are used to a correct selection of segments in the image that ful ll the requirements for anchor objects, considering spectral and contextual information. The implementation of this approach aiming to increase the model robustness regarding to anchor objects selection. Image segmentation was done using an adaptation of SLIC algorithm proposed to carry out a hierarchical segmentation, in order to identify the optimal scale segmentation for each parent segment. While, classi cation was divided in two processes: a primary classi cation using Random Forest that was trained considering seasonal and humidity conditions; and a post-classi cation step considering contextual and statistical information. Results showed that the proposed GEOBIA approach allows to improve the robustness in the selection of anchor objects, which was validated through comparison with original selection of anchor pixels in two scenes, moreover, entire set of scenes where the methodology was implemented showed a decrease in the variability of the result. Homogeneity analysis showed that ET objects with classes where crops can be found have low intra-object variability and high inter-object separability. These results are a good indicator of that segmentation process allowed to generate homogeneous segments without loss of spectral characteristics and correctly separated from one another. Validation of the proposed methodology comparing estimated with measured data showed that the proposed methodology generates a slight error greater than original model. This result suggest that some improvements to nal selection of anchor objects can be carried out, in this sense, could be considered di erent metrics to describe the segments, additional mapps, and to ex´plore other relations between segments considering spatial, temporal and hierarchical characteristics.
Estudio de la respuesta hidrológica de cubiertas verdes para la zona central de Chile.
(Universidad de Concepción., 2019) Camaño Espinoza, Javier Andrés; Arumi Ribera, José Luis
El crecimiento urbano conlleva consigo cambios morfológicos, topográficos y de recambio de superficies permeables por impermeables, esto conlleva una alteración de los procesos hidrológicos de infiltración, evapotranspiración y escorrentía en las cuencas urbanizadas, provocando un disminución de la recarga de agua subterránea, aumentando tanto las tasas de evapotranspiración como la escorrentía superficial en las ciudades, volviendo las cuencas urbanas más vulnerables a anegamientos y provocando problemas de contaminación de los cauces naturales. La presente investigación tiene tres objetivos de investigación. Primero, a través de una revisión bibliográfica de normas chilenas, leyes, instructivos técnicos y literatura científica, recomendar algunos tópicos de investigación que debieran ser promovidos en Chile en materia de drenaje urbano sustentable. Segundo, estudiar la influencia de las propiedades físicas de granulometría, conductividad eléctrica, retención de agua al igual que el contenido de nutrientes, sobre el estado fotosintético de una cobertura vegetal de sedum spurium vodoo para tres sustratos de cubierta verde comercializados en el país. Tercero, cuantificar el aporte real de las cubiertas verdes reteniendo y deteniendo la escorrentía para dos localidades de la zona central de Chile, a través de modelación hidrológica, con datos de alta resolución temporal, a partir de datos de escorrentía obtenidos experimentalmente mediante la construcción de siete módulos de cubierta verde y un simulador de precipitaciones. A raíz de los hallazgos encontrados en el estudio, se observa que Chile ha efectuado investigación científica en el área del drenaje urbano sustentable, pero la investigación se ha orientado principalmente a algunas medidas de control del agua en la fuente, los proyectos de construcción que incluyen los conceptos SUDS dentro de su planificación corresponden a algunos parque públicos y algunos condominios privados, se recomienda potenciar los tópicos de calidad del agua lluvia, implementación de medidas no estructurales y estudios de dispositivos SUDS tales como cubiertas verdes, pavimentos permeables, etc., que estén basados en modelación hidrológica e hidráulica, igualmente se recomiendan estudios para cuya finalidad permita rehabilitar los cauces urbanos. De las propiedades de los sustratos de cubierta verde que más impactaron en el estado general de la cobertura de sedum spurium vodoo fueron la retención de agua, sin embargo, se recomienda la garantía de un alto PH y la utilización de arcilla en el medio de crecimiento, se recomienda igualmente la utilización de medidores de clorofila portátiles. En cuanto al desempeño hidrológico, al separar las tormentas en eventos independientes con resolución de 1 minuto, se compararon los hidrogramas de los siete tratamientos de cubierta verde versus los hidrogramas de una cubierta de material impermeable y se obtuvieron reducciones de la escorrentía máxima entre 20-60%, la duración de la escorrentía fue de al menos tres horas más que la de una cubierta convencional, el centroide de escorrentía se retardó al menos 10 minutos, la retención resultó escasa debido a que se trabajó con cubiertas verdes x de 10 cm de profundidad. Al estudiar estos estadísticos para las tormentas de diseño de duración.
Evaluación de la vulnerabilidad hídrica de una Cuenca del Río el Ángel y demanda de agua de la población en escenarios de cambio de uso de suelo.
(Universidad de Concepción., 2016) Espinosa Marín, Jorge Andrés; Rivera Salazar, Diego; Arumi Ribera, José Luis; Uribe Cifuentes, Hamil
La disponibilidad y libre acceso al recurso hídrico para el normal desarrollo de las diferentes antrópicas mediante el uso sostenible y sustentable de la misma, es el reto que se ha planteado la humanidad, más aun considerando que durante los últimos años la población mundial se ha duplicado, lo cual ha mostrado un alto nivel de vulnerabilidad de la población ante los cambios del clima y cambio del uso de suelo debido a que este tipo de alteraciones tienen influencia directa sobre la disponibilidad de agua, por ende en la producción de alimentos y la actividad productiva en general. El área en estudio es la cuenca del Río Ángel que representa una de las zonas agrícolas más productivas de la Provincia del Carchi en Ecuador, la productividad se encuentra fuertemente limitada por una inadecuada gestión de agua con fines de riego lo que afecta en la cantidad, calidad, distribución, acceso y gestión de los recursos hídricos. Esta área se encuentra sobre los 3000 metros por lo cual se la considera como un zona de altura lo cual hace difícil el acceso al recurso hídrico, por lo cual las actividades agrícolas dependen directamente del agua proveniente de las lluvias que se presentan en las épocas de precipitación, la presencia de paramo en la parte alta sobre los 3600 metros regula la disponibilidad de agua a lo largo del año por ende la sostenilidad productiva se encuentra relacionada directamente con la cantidad de agua que puede producir la cuenca. Por lo anterior se generaron herramientas capaces de analizar el comportamiento de la cuenca bajo diferentes escenarios de cambio de uso de suelo que cuenten con un adecuado soporte científico, para así poder identificar áreas vulnerables en las cuales se evaluará la disponibilidad del recurso hídrico que puede existir bajo supuestos de cambio de la cobertura vegetal, el propósito de esta investigación es sentar las bases sobre las cuales emprender el desarrollo agrícola y pecuario del adecuado uso de los recursos hídricos disponibles y la generación de acciones dirigidas al incremento de la productividad agrícola y ganadera. Para llevar a cabo lo anterior se utilizará un modelo físicamente basado y semidistribuido, el cual será configurado y calibrado para la zona de estudio basándose en las investigaciones ya existentes, como resultado se espera conseguir un balance hídrico que sea preciso, que reproduzca de manera adecuada los procesos hidrológicos predominantes, capaz de modificar la respuesta hidrológica según las forzantes climáticas y de superficie de uso de suelo en diferentes escenarios. Los resultados obtenidos respecto a los impactos hidrológicos producidos en el escenario formulado de acuerdo al constante aumento en la superficie de cultivo entre los años 2000 y 2014, en la cuenca del Rio el Ángel con la aplicación del modelo semidistribuido SWAT calibrado y validado para las diferentes subcuencas, indican que existe vulnerabilidad ante la presión de incremento del área de cultivo y se puede evidenciar en términos de reducción de los caudales para satisfacer las demandas del recurso hídrico que puede estar asociada al incremento de la evapotranspiración, pérdida de capacidad de retención de agua por parte del suelo lo cual incide en la producción de los diferentes cultivos que se desarrolla en esta cuenca. Palabras Claves: Vulnerabilidad, Modelación Hidrológica, Permeabilidad, Páramo
Herramientas de gestión ambiental para la utilización de purines como bio-fertilizantes.
(Universidad de Concepción., 2012) Flores Moraga, Héctor Rodrigo; Arumi Ribera, José Luis
Fruto de las actividades agropecuarias se generan altas cantidades de desechos, los cuales habitualmente son aplicados al suelo, considerado uno de los métodos más efectivos y económicos para afrontar la problemática de la acumulación de los desechos de tipo orgánico procedentes de la ganader a intensiva. Sin embargo, estas practicas son de alto riesgo en lo concerniente a la pérdida de nutrientes sobre los cursos de agua. Los factores claves para reducir estas pérdidas son una correcta aplicación del purin y un buen manejo del riego; el efecto de estas estrategias depender an específicamente de las caracter sticas ambientales, y las prácticas previamente utilizadas en el lugar. Una buena alternativa, para evaluar el impacto de la aplicación de purines de cerdo, es la utilizaci on de modelos matem aticos, debido a que medir directamente los efectos, resulta de alto valor, lento y difícil. El objetivo de este estudio es desarrollar herramientas que permitan la aplicación de purines de cerdo, maximizando su efectividad como fertilizante y minimizando sus efectos contaminantes, bajo condiciones climáticas, geográficas y de producción propias del Valle Central de Chile.
Influencia de la interacción entre agua superficial, subterránea y de riego en el transporte de contaminantes de origen agrícola.
(Universidad de Concepción., 2006) Rivera Salazar, Diego Andrés; Arumi Ribera, José Luis
La evaluación de los impactos ambientales asociados a la actividad agrícola deben tener, al menos, dos componentes: sistemas de monitoreo de variables ambientales y modelos. Los modelos, ya sean matemáticos, físicos, conceptuales o combinaciones de estos, corresponden a una herramienta funcional, producto de un proceso de modelación, donde un sistema es representado de manera simplificada. Estos modelos requieren de una serie de parámetros que son operados dentro de un esquema determinado, permitiendo estudiar el sistema modelado sin intervenir directamente en él. Los sistemas de monitoreo permiten controlar variables de importancia dentro del agro-ecosistema. El conjunto de variables a controlar debe ser tal, tanto en tiempo y en espacio, que exista un compromiso entre las variables monitoreadas y los parámetros requeridos por los modelos.
Mejorando 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.
(Universidad de Concepción., 2019) Parra Ramírez, Víctor Manuel; Arumi Ribera, José Luis
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.
Optimización del tratamiento de drenaje ácido de minas en reactores biológicos con intercambio difusivo.
(2015) Pérez Peláez, Norma Raquel; De Bruijn, Johannes Petrus Florentius
Los desechos masivos de minas (relaves, depósitos de lastre o estériles, y pilas de lixiviación) constituyen un peligro potencial para el medio ambiente, principalmente cuando los residuos contienen minerales que al oxidarse generan el drenaje ácido de minas (DAM). En Chile predomina la extracción de cobre, y algunos yacimientos se encuentran en lugares expuestos a precipitación y deshielo, condiciones ambientales que favorecen la formación y dispersión de DAM. Particularmente, algunas minas de cobre generan DAM con elevadas concentraciones de cobre, sulfato y aluminio. Los tratamientos biológicos pasivos para DAM basados en consorcios bacterianos reductores de sulfato son atractivos para la etapa de cierre de los proyectos mineros, porque utilizan mezclas de sólidos orgánicos como fuente de energía y no consumen reactivos químicos.
Perfeccionamiento de un modelo hidrológico: Aplicación de análisis de identificabilidad dinámico y uso de datos grillados.
(Universidad de Concepción., 2011) Muñoz Ortiz, Enrique Alejandro; Arumi Ribera, José Luis
En la presente tesis doctoral se abordan dos temáticas relacionadas con modelación hidrológica, tendientes a mejorar la construcción y entendimiento de un modelo. En primer lugar se evalúa la calidad y propiedades de series de datos hidro-climáticos grillados e interpolados a escala global. Estos datos se evaluaron como fuente alternativa a la falta de mediciones de campo que se tiene principalmente en zonas de montaña, y para determinar sus características, y ventajas y desventajas comparativas para llevar a cabo estudios y modelos hidrológicos. En segundo lugar se aborda la identificabilidad general y dinámica de un modelo hidrológico conceptual con el objetivo de identificar diferentes modos de respuesta de una cuenca, de mejorar la comprensión de los procesos y sub-procesos hidrológicos predominantes en una cuenca, y de mejorar la conceptualización de dicho modelo. Además, se evalúan los alcances de dicho análisis como herramienta para perfeccionar un modelo hidrológico.
Predicción de heladas radiativas en suelos planos sin cubierta vegetal.
(Universidad de Concepción., 2013) Venegas Fuentes, Pablo; Jara Ramírez, Jorge
La helada radiativa es un fenómeno climático que causa serios daños a la agricultura durante la primavera. La severidad del daño depende de la resistencia del cultivo a este evento, de su estado fenológico, de la intensidad de la helada y de su prevención oportuna a través de métodos activos de control. Por lo tanto, es de importancia predecir no solo las heladas, sino el momento en que estas se producirán. Es por esto que los modelos predictivos juegan un rol sustancial para evitar daños productivos y económicos en la actividad agrícola. Hoy en día existe una diversidad de modelos que predicen las heladas radiativas. Sin embargo, algunos requieren información ambiental histórica para su desarrollo y se caracterizan por ser sitios específicos. Otros, pueden ser extrapolables a diferentes condiciones ambientales, pero para su desarrollo requieren gran cantidad de mediciones en el suelo y en la atmósfera, razón que impide que sean de uso masivo. Es por ello, que el objetivo de este estudio es desarrollar dos modelos, uno numérico y otro mecanístico, de predicción de heladas que requieran información fácil de obtener o de estimar. Para cumplir con este fin, se realizaron diversas mediciones de variables biofísicas, tanto en el aire como en el suelo, en la Estación Agro Meteorológica de la Facultad de Ingeniería Agrícola, de la Universidad de Concepción, sede Chillán, desde septiembre de 2010 hasta diciembre de 2011. Estas se realizaron bajo condiciones de suelo desnudo. Se midió la temperatura del suelo a diferentes profundidades, la densidad de flujo de calor del suelo a 0,05 m de profundidad, contenido de humedad del suelo a tres profundidades y radiación neta a 1,5 m sobre el nivel del suelo. Además, se usó información proporcionada por la Estación Agro Meteorológica de la Universidad, correspondiente a radiación solar, velocidad de viento, temperatura del aire a tres alturas y humedad relativa. Los resultados obtenidos indican que los modelos desarrollados presentan un buen comportamiento en la predicción de la temperatura de la superficie del suelo en eventos de heladas radiativas. Sin embargo, la complejidad del modelo numérico desarrollado limita su uso masivo, no así el modelo mecanístico desarrollado, el que es fácil de aplicar a inicios de primavera. Por otra parte, se calibró y evaluó modelos desarrollados por diversos autores. De ellos, el de mejor comportamiento fue el de Allen (1957) para estimar la temperatura superficial del suelo, y el de Gandia et al. (1985) para estimar la temperatura del aire a 2 m de altura.
Simulación de sistemas de microirrigación en topografía accidentada utilizando computación en malla y desarrollo de una metodología para educación en línea.
(Universidad de Concepción., 2006) Sepúlveda Bustos, Elsa Susana; Holzapfel Hoces, Eduardo
Presiones tales como el crecimiento demográfico, recursos naturales degradados y la necesidad de desarrollar sistemas de producción agrícola sustentables, hacen necesario que la Ingeniería Agrícola se enfoque en: Mejorar los conocimientos básicos relacionados a la profesión, desarrollar o adaptar nuevas tecnologías para el diseño, construcción y manejo de estos sistemas, y educar a los ingenieros del futuro para poder responder a estos problemas. Actualmente, los avances en Biología y Tecnología de Información están afectando en forma profunda la profesión de Ingeniería Agrícola. Por esta razón, este trabajo se enfocó sobre aspectos relacionados a la Tecnología de Información en el contexto de la problemática anterior.
Simulación dinámica de un sistema de refrigeración termo solar para la conservación de frutas.
(Universidad de Concepción., 2016) Sepúlveda Sepúlveda, Carolina Andrea; Merino Coria, Gabriel Guillermo
La tesis doctoral titulada “Simulación dinámica de un sistema de refrigeración termo solar para la conservación de frutas”, aborda las siguientes temáticas; estado del arte de la refrigeración solar, confección y selección de un año meteorológico típico (TMY) para la ciudad de Chillán, operación y simulación de una cámara frigorífica para la conservación de frutas, modelación de una máquina de refrigeración por absorción con par de trabajo NH3- H2O, y finalmente la simulación dinámica de un sistema de refrigeración solar por absorción para conservación de frutas. El desarrollo de todas estas temáticas permitió demostrar la factibilidad de modelar y simular un sistema de refrigeración termo solar por absorción, con par de trabajo absorbente - refrigerante (NH3 - H2O). La modelación y simulación del sistema de refrigeración, permitió evaluar la capacidad de refrigeración, COP, fracciones solares y costos asociados a la refrigeración, para la conservación de frutas en su etapa de post cosecha. El estudio se desarrolló para tres ciudades con diferentes latitudes y condiciones climáticas en Chile, estas fueron Antofagasta, Santiago y Chillán, cuyos niveles de radiación solar las hacen interesantes para la instalación de sistemas termo solares. Antofagasta y Santiago contaban con publicaciones de años meteorológicos tipo (TMY) al comenzar este estudio, que permitían realizar el estudio solar térmico, a diferencia de Chillán, por lo cual se procedió a generar un TMY para Chillán, a partir de la data meteorológica de 15 años con que contaba la Facultad de Ingeniería Agrícola de la Universidad de Concepción. Como resultado, se obtuvo que la conexión serie-paralelo, con colectores FPC es la que genera fracciones solares más altas y menores consumos de calor auxiliar, en las tres ciudades evaluadas. Además, se determinó que Santiago posee el mayor consumo de calor auxiliar por tener un mayor requerimiento de frío, bajo las mismas condiciones de operación de la máquina frigorífica. Esto se debe a las temperaturas extremas que se dan en verano. Sin embargo, si el calor auxiliar fuera suministrado por una caldera de LPG y dado que el coste de este combustible en Santiago es en promedio $70 más bajo por litro, que en las otras dos ciudades, en esta ciudad se tiene el más bajo costo asociado al consumo de calor auxiliar. Así, con un campo de colectores FPC de 80 m2 en la simulación, conectados en serie –paralelo, se tiene en promedio en las tres ciudades una fracción solar de 0,56, con gastos de LPG, iv asociados a la operación desde octubre a marzo de; $3.084.402, $2.807833, y $3.041.813, para Antofagasta, Santiago y Chillán respectivamente. El sistema de refrigeración solar por absorción aumenta el costo de la cadena de valor de la cereza dulce en aproximado de $40 / kg en la temporada, considerando la inversión a 7 años. El hecho de que la máquina esté funcionando durante las 24 horas, provoca un alto consumo de gas, por lo cual se debe buscar una forma de operación que permita conservar la fruta y a su vez limitar la operación de la máquina de absorción a las horas de sol. Esto explica el hecho de el uso de este tipo de refrigeración sea utilizado en su mayor parte para aire acondicionado y no para la conservación de alimentos.
Síntesis del sistema hidrológico del río Chagres República de Panamá.
(Universidad de Concepción., 2014) Osorio Ugarte, Haydée Isabel; Arumi Ribera, José Luis; Rivera Salazar, Diego
El río Chagres, ubicado en el canal de Panamá, República de Panamá, es la fuente más importante de abastecimiento de agua para el funcionamiento del canal. Entender la relación precipitación escorrentía en esta cuenca, así como las conexiones de sus flujos subsuperficiales es vital para el manejo del canal. En la presente tesis doctoral se ha apoyado en el entendimiento de los procesos hidrológicos de la relación precipitación escorrentía. Se mejoró un modelo hidrológico que permitió identificar variables dominantes dentro de la dinámica del agua. Se realizaron modificaciones, primeramente basadas en un modelo perceptual y posteriormente un modelo conceptual en la cuenca del río Chagres. La modificación en la fase perceptual de la cuenca se hizo a través de imágenes fotográficas e información meteorológica y característica físicas de la cuenca del río Chagres, así como de sus cuencas aledañas. La modificación al modelo conceptual se basó el modelo Hidrológico Chileno, Brown Ayala y Ferrer (1973), codificado de lenguaje de programación FORTRAN® A MATLAB® por Rivano, con adaptaciones de Correa y Rivera (2006), adaptado con la herramienta mcat de Matlab® por Vega (2009), y modificado por Muñoz (2010) quien agregó un módulo nival. La modificación en esta Tesis Doctoral incluyó adicionalmente el cambio del paso de datos mensuales a paso diario Las modificaciones en el modelo dieron como resultado la identificación de la percolación y la infiltración como variables importantes en obtener una mejor aproximación en la curva de recesión del río Chagres. Coadyuvando con este resultado, un mejor entendimiento en los procesos hidrológicos de la cuenca del río Chagres. Finalmente, las modificaciones probaron la importancia de adaptar el modelo hidrológico de precipitación escorrentía a la cuenca bajo estudio, antes de utilizarlo como una herramienta replicable a cualquier realidad mundial.

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