SOBRE LA DISPONIBILIDAD DEL RECURSO HÍDRICO …RESUMEN El objetivo de la presente investigación es...

UNIVERSIDAD DE LA SERENA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES

“IMPACTO DEL CAMBIO CLIMÁTICO

SOBRE LA DISPONIBILIDAD DEL RECURSO

HÍDRICO EN LA CUENCA DEL RÍO ELQUI”

CATHERINE MARZAL ROJO

Memoria para optar al título de

INGENIERO CIVIL

Comisión Revisora:

Dr. (c) Ing. Sr. Edmundo González Ortuya

Ing. Alan Olivares Gallardo

Ing. Manuel Domínguez Pereira

LA SERENA CHILE

2012

AGRADECIMIENTOS

En esta oportunidad, quiero agradecer a quienes han sido parte de este ciclo en mi vida, ya

que sin ustedes no lo habría logrado. Gracias a Dios, por la fortuna de tener a mi lado bellos

ángeles en forma de familia y amigos, que con su apoyo incondicional, comprensión y

cariño hacen de mi vida un hermoso momento.

Gracias a las personas e instituciones que han participado en el desarrollo de esta

investigación, entre ellos, a mi profesor guía Sr. Edmundo González por su dedicación; a la

Dirección General de Aguas en especial a su Director Sr. Carlos Galleguillos y Profesional

Guía Sr. Gustavo Freixas, por la información necesaria, colaboración técnica y reflexiones;

al Sr. Manuel Domínguez de la Junta de Vigilancia del Río Elqui y sus Afluentes por sus

aportes; a la Empresa Aguas del Valle por el patrocinio de las publicaciones. Y a todos los

profesores que en el trascurso de mi carrera me han entregado las herramientas necesarias

para iniciar esta nueva etapa profesional.

Este trabajo está dedicado a mi Padre, mi Madre y mi Hermana.

RESUMEN

El objetivo de la presente investigación es el pronóstico de caudales para la Cuenca del Río

Elqui en escenarios de cambio climático, con el fin de estimar sus efectos sobre el ciclo

hidrológico y los diversos impactos sobre los ecosistemas naturales y las actividades

humanas.

Para este propósito se utilizó el programa HEC-HMS, obteniendo la modelación

hidrológica para el área de estudio que corresponde a la Cuenca del Río Turbio. Para

optimizar los resultados del modelo se desarrollaron los procesos de calibración por

observación y validación para los periodos de 1982-1987 y 1987-1993 respectivamente.

El efecto del cambio climático se consideró incorporando el escenario más desfavorable,

que corresponde en este caso a la Familia IEEE A2 propuesto por el IPCC. Con lo anterior

se obtuvieron simulaciones de caudales para los periodos 2020, 2050 y 2080, con lo que se

observa en la modelación una tendencia a la disminución de los caudales en el Punto de

Control Turbio en Varillar.

ABSTRACT

The objective of this research is the prediction of flow rates for the Elqui River Basin in

climate change scenarios, in order to estimate their effects on the hydrological cycle and the

various impacts on natural ecosystems and human activities.

For this purpose, the HEC-HMS software was used, obtaining hydrological modeling for

the study area corresponding to the Turbio River Basin. To optimize the results of the

model, calibration processes were developed by observation and validation for the periods

1982-1987 and 1987-1993 respectively.

The effect of climate change was considered by incorporating the worst-case scenario,

which corresponds in this case to the Family IEE A2 proposed by the IPCC. With this, flow

simulations were obtained for periods 2020, 2050 and 2080, which is observed in modeling

a decreasing trend of the flows in the Control Point Turbio in Varillar.

ÍNDICE DE CONTENIDOS

1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 1

1.1 Antecedentes ............................................................................................................ 1

1.2 Exposición General del Problema ............................................................................ 2

1.3 Objetivos .................................................................................................................. 5

1.4 Descripción de los Capítulos .................................................................................... 5

2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA CUENCA DEL RÍO ELQUI ............................... 7

2.1 Introducción ............................................................................................................. 7

2.2 Características Generales ......................................................................................... 7

2.2.1 Descripción Geográfica .................................................................................... 7

2.2.2 Descripción Topográfica ................................................................................... 9

2.2.3 Descripción del Clima en la Región de Coquimbo ......................................... 10

2.3 Clasificación y Propiedades de los Suelos ............................................................. 13

2.3.1 Características Geológicas de los Suelos ........................................................ 13

2.3.2 Vegetación y Uso de Suelos ........................................................................... 15

2.4 Hidrología de la Cuenca del Río Elqui .................................................................. 16

2.4.1 Hidrografía de la Cuenca ................................................................................ 17

2.4.2 Régimen de Precipitaciones ............................................................................ 21

2.4.3 Eventos El Niño y La Niña ............................................................................. 22

2.4.4 Escorrentía Superficial .................................................................................... 23

2.4.5 Acciones o Derechos de Agua ........................................................................ 24

3 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE MODELACIÓN HIDROLÓGICA HEC-HMS 26

3.1 Introducción ........................................................................................................... 26

3.2 Componentes de HEC-HMS .................................................................................. 28

3.2.1 Componentes del Modelo de la Cuenca ......................................................... 28

3.2.2 Componentes del Modelo Meteorológico ....................................................... 30

3.2.3 Componentes de las Especificaciones de Control .......................................... 32

3.2.4 Componentes de la Entrada de Datos ............................................................. 32

3.2.5 Interfaz de usuario .......................................................................................... 33

3.3 Componentes de HEC-GeoHMS ........................................................................... 34

3.3.1 Procesamiento de la Cuenca Utilizando Arc-View 3.2 .................................. 34

3.4 Análisis Hidrológico para la Cuenca Del Río Turbio Utilizando HEC-HMS ....... 39

3.4.1 Recopilación y Procesamiento de Datos Necesarios para HEC-HMS ........... 40

3.4.2 Series Temporales de Datos para la Cuenca del Río Turbio .......................... 43

4 MODELO DE CUENCA DEL RÍO TURBIO .............................................................. 44

4.1 Introducción ........................................................................................................... 44

4.2 Modelos Ingresados a HEC-HMS .......................................................................... 44

4.2.1 Modelo de Cuenca .......................................................................................... 45

4.2.2 Modelo Meteorológico ................................................................................... 54

4.3 Especificaciones de Control ................................................................................... 68

4.4 Series de Datos Temporales ................................................................................... 69

4.5 Pares de Datos ........................................................................................................ 69

5 CAMBIO CLIMÁTICO ................................................................................................ 72

5.1 Introducción ........................................................................................................... 72

5.2 Modelos Climáticos ............................................................................................... 72

5.2.1 Evaluación de los Modelos de Circulación General Atmósfera-Océano

(MCGAO). ..................................................................................................................... 74

5.3 Escala Regional y Variabilidad Temporal ............................................................. 76

5.3.1 Escala Regional ............................................................................................... 76

5.3.2 Variabilidad Temporal .................................................................................... 76

5.4 Escenarios de Cambio Climático ........................................................................... 77

5.4.1 Generación de Escenarios de Cambio Climático ............................................ 79

5.4.2 Elección del Escenario de Cambio Climático para la Cuenca del Río Turbio.

83

5.4.3 Comentarios .................................................................................................... 85

6 CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN DEL MODELO, PRESENTACIÓN DE

RESULTADOS .................................................................................................................... 87

6.1 Introducción ........................................................................................................... 87

6.2 Calibración y Validación del Modelo Hidrológico ................................................ 87

6.3 Presentación de Resultados .................................................................................... 93

6.4 Comentarios ........................................................................................................... 99

7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................... 100

7.1 Conclusiones ........................................................................................................ 100

7.2 Recomendaciones ................................................................................................. 101

8 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 103

9 ANEXOS ..................................................................................................................... 108

9.1 Series Temporales ................................................................................................ 108

9.2 Infiltración Modelo SMA, Soil Moisture Accounting ......................................... 122

9.3 Series Temporales en Escenario de Cambio Climático ....................................... 126

9.4 Resultados Anexos ............................................................................................... 132

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1: Cuenca del Río Elqui, Cuarta Región ....................................................................... 8

Figura 2.2: Comunas de la Cuenca del Río Elqui ....................................................................... 9

Figura 2.3: Cuenca del Río Elqui, Altimetría ............................................................................ 10

Figura 2.4: Cuenca del Río Elqui, Características Geológicas ................................................. 15

Figura 2.5: Cuenca del Río Elqui, Cobertura de Vegetación y Uso de Suelos .......................... 16

Figura 2.6: Río Elqui, confluencia entre los Ríos Turbio y Claro ............................................. 18

Figura 2.7: Río Turbio, confluencia entre los Ríos La Laguna y El Toro ................................. 19

Figura 2.8: Río Claro, confluencia entre el río Derecho y Cochiguaz ...................................... 20

Figura 3.1: Cálculo de Hidrograma para una cuenca utilizando HEC-HMS ........................... 27

Figura 3.2: Cuenca del Río Elqui, con sus Ríos, Embalses, y Red de Estaciones Fluviométricas

y Pluviométricas ........................................................................................................................ 35

Figura 3.3: Área de Estudio para la Modelación Hidrológica de la Cuenca del Río Elqui...... 36

Figura 3.4: Subcuenca del Río Turbio, con sus Ríos, Embalse, Estaciones Fluviométricas y

Pluviométricas ............................................................................................................................ 37

Figura 3.5: Modelo de Cuenca del Río Turbio .......................................................................... 38

Figura 3.6: Entrada del Modelo de Cuenca del Río Turbio para HEC-HMS ........................... 39

Figura 4.1: Modelo de Cuenca del Río Turbio, HEC-HMS ....................................................... 45

Figura 5.1: Proyecciones del calentamiento en superficie obtenidas de MCGAO .................... 84

Figura 6.1: Calibración del Modelo HEC-HMS (1982 – 1987) ................................................ 89

Figura 6.2: Validación del Modelo HEC-HMS (1987 – 1993) .................................................. 91

Figura 6.3: Comparación de Caudales Medios Mensuales Observados en Turbio en Varillar y

Caudales Simulados con HEC-HMS .......................................................................................... 92


Caudales Medios Mensuales Simulados en Escenarios 2020 .................................................... 94


Caudales Medios Mensuales Simulados en Escenarios 2050 .................................................... 95


Caudales Simulados Medios Mensuales en Escenarios 2080 .................................................... 96

Figura 6.7: Comparación de Caudales Medios Mensuales Simulados en Escenarios de Cambio

Climático para el punto de salida del modelo utilizando HEC-HMS ........................................ 97


Caudales Simulados en Escenarios de Cambio Climático para el punto de salida del modelo

utilizando HEC-HMS .................................................................................................................. 98

Figura 9.1: Representación Modelo SMA de Infiltración [32] ................................................... 122

Figura 9.2: Precipitaciones Medias Mensuales en Escenarios de Cambio Climático para

Estación Juntas del Toro .......................................................................................................... 126


Estación La Laguna .................................................................................................................. 127


Estación El Indio ...................................................................................................................... 127

Figura 9.5: Temperaturas Medias Mensuales en Escenarios de Cambio Climático para

Estación Huanta ....................................................................................................................... 128







Figura 9.9: Evapotranspiración Media Mensual en Escenarios de Cambio Climático para

Estación Huanta ....................................................................................................................... 130







Figura 9.13: Caudales Medios Mensuales Simulados en Escenario 2020 .............................. 133



Figura 9.16: Variación entre Caudales Medios Mensuales Actuales y Simulados en Escenario

2020 .......................................................................................................................................... 134

Figura 9.17: Variación entre Caudales Medios Mensuales Simulados para los Escenarios 2020

y 2050 ....................................................................................................................................... 135

Figura 9.18: Variación entre Caudales Medios Mensuales Simulados para los Escenarios 2050

y 2080 ....................................................................................................................................... 135

Figura 9.19: Variación entre Caudales Medios Mensuales Actuales y Simulados en Escenario

2080 .......................................................................................................................................... 136

Figura 9.20: Tendencia Mensual de Caudales Medios Actuales y Simulados en Escenario de

Cambio Climático en los meses de Octubre a Marzo .............................................................. 136

Figura 9.21: Tendencia Mensual de Caudales Medios Actuales y Simulados en Escenario de

Cambio Climático en los meses de Abril a Septiembre ............................................................ 137

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1: Cuenca del Río Elqui, Características Geológicas .................................................. 14

Tabla 2.2: Resumen de Acciones de Derechos de Aprovechamiento de Agua para la Cuenca del

Río Elqui ..................................................................................................................................... 25

Tabla 3.1: Descripción de los Elementos Hidrológicos ............................................................. 29

Tabla 3.2: Descripción de los elementos en la barra de herramientas de HEC-HMS .............. 30

Tabla 3.3: Métodos de cálculo para Subcuencas ....................................................................... 31

Tabla 3.4: Métodos de cálculo para Ríos................................................................................... 31

Tabla 3.5: Descripción de los Métodos incluidos en el Modelo Meteorológico ........................ 32

Tabla 3.6: Componentes de los Datos de Entrada ..................................................................... 33

Tabla 3.7: Extracto de Tabla de Atributos, para el Modelo de Cuenca del Río Turbio ........... 38

Tabla 3.8: Estaciones Pluviométricas Cuenca del Río Elqui ..................................................... 41

Tabla 3.9: Estaciones Fluviométricas Cuenca del Río Elqui ..................................................... 42

Tabla 4.1: Elementos Hidrológicos del Modelo de Cuenca del Río Turbio .............................. 46

Tabla 4.2: Métodos de Cálculo para cada Elemento Hidrológico de Subcuencas .................... 47

Tabla 4.3: Parámetros ingresados para cada Elemento Hidrológico de Subcuenca, Método Soil

Moisture Acconting (SMA) ......................................................................................................... 48

Tabla 4.4: Parámetros ingresados para cada Elemento Hidrológico de Subcuenca, Método Soil

Moisture Acconting (SMA) (continuación)................................................................................. 49

Tabla 4.5: Parámetros ingresados para cada Elemento Hidrológico de Subcuenca, Método

Clark Unit Hidrograph ............................................................................................................... 50

Tabla 4.6: Parámetros ingresados para los Elementos Hidrológicos de Subcuenca, Método

Linear Reservoir ......................................................................................................................... 51


Constant Monthly ....................................................................................................................... 51

Tabla 4.8: Métodos de cálculo para cada Elemento Hidrológico de Ríos ................................ 52

Tabla 4.9: Parámetros ingresados para cada Elemento Hidrológico de Ríos .......................... 52

Tabla 4.10: Parámetros ingresados para cada Elemento Hidrológico de Ríos (continuación) 53

Tabla 4.11: Selección de uso de estaciones para cada Subcuenca ............................................ 55

Tabla 4.12: Selección de uso de estaciones para cada Subcuenca (continuación) ................... 55

Tabla 4.13: Porcentaje asignado por estaciones para cada Subcuenca ................................... 55

Tabla 4.14: Porcentaje asignado por estaciones para cada Subcuenca (continuación) ........... 55

Tabla 4.15: Evapotranspiración Promedio Mensual asignada para cada subcuenca ............. 56

Tabla 4.16: Evapotranspiración Promedio Mensual asignada para cada subcuenca

(continuación) ............................................................................................................................. 57

Tabla 4.17: Parámetros ingresados para el Método de Índice de Temperatura ....................... 58

Tabla 4.18: Bandas de Índice de Temperatura para el Elemento Hidrológico de Subcuenca

R150W100 .................................................................................................................................. 63


R150W100 (continuación) .......................................................................................................... 63


R160W160 .................................................................................................................................. 64


R160W160 (continuación) .......................................................................................................... 64


R190W190 .................................................................................................................................. 64


R190W190 (continuación) .......................................................................................................... 65


R200W130 .................................................................................................................................. 65


R200W130 (continuación) .......................................................................................................... 65


R240W240 .................................................................................................................................. 66


R240W240 (continuación) .......................................................................................................... 66


R260W260 .................................................................................................................................. 66


R260W260 (continuación) .......................................................................................................... 67


R310W310 .................................................................................................................................. 67


R310W310 (continuación) .......................................................................................................... 67


R60W10 ...................................................................................................................................... 68


R60W10 (continuación) .............................................................................................................. 68

Tabla 4.34: Parámetros ingresados para el Método ATI, Funciones de Tasa de Derretimiento

.................................................................................................................................................... 70

Tabla 4.35: Parámetros ingresados para el Método ATI, Funciones de Tasa de Contenido de

Frío ............................................................................................................................................. 71

Tabla 5.1: Factores de Cambio en Escenarios de Climático A2 ............................................... 85

Tabla 9.1: Precipitaciones Medias Mensuales (mm) en Estación Juntas del Toro (1980 – 1990)

.................................................................................................................................................. 109

Tabla 9.2: Precipitaciones Medias Mensuales (mm) en Estación La Laguna (1980 – 1990) . 110

Tabla 9.3: Precipitaciones Medias Mensuales (mm) en Estación El Indio (1980 – 1990) ...... 111

Tabla 9.4: Temperaturas Medias Mensuales (ºC) en Estación Huanta (1980 – 1990) ........... 112

Tabla 9.5: Temperaturas Medias Mensuales (ºC) en Estación Juntas del Toro (1980 – 1990)

.................................................................................................................................................. 113

Tabla 9.6: Temperaturas Medias Mensuales (ºC) en Estación La Laguna (1980 – 1990) ...... 114

Tabla 9.7: Temperaturas Medias Mensuales (ºC) en Estación El Indio (1980 – 1990) .......... 115

Tabla 9.8: Evapotranspiración Media Mensual (mm) en Estación Huanta (1990-2000) ....... 116

Tabla 9.9: Evapotranspiración Media Mensual (mm) en Estación Juntas del Toro (1990-2000)

.................................................................................................................................................. 117

Tabla 9.10: Evapotranspiración Media Mensual (mm) en Estación La Laguna (1990-2000) 118

Tabla 9.11: Evapotranspiración Media Mensual (mm) en Estación El Indio (1990-2000) .... 119

Tabla 9.12: Caudales Medios Mensuales (m3/s) en Estación Turbio en Varillar .................... 120

Tabla 9.13: Caudales Medios Mensuales (m3/s) en Estación Río La Laguna, Salida Embalse La

Laguna ...................................................................................................................................... 121

1

“Impacto del Cambio Climático sobre la Disponibilidad del Recurso Hídrico en la Cuenca del Río Elqui”.

Catherine Marzal Rojo / ULS 2012.

1 INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes

El Panel Internacional del Cambio Climático [26]

publicó en el año 2007, su más reciente

contribución para el mejor entendimiento de la evolución del clima y especialmente el

cambio climático provocado por el hombre; señalando que existe evidencia científica que el

clima global está cambiando, debido principalmente a procesos inducidos por actividades

realizadas por el hombre.

Se ha observado que el cambio climático podría alterar severamente la existencia de

patrones geográficos relacionados con la temperatura estacional, precipitación y

evapotranspiración, con consecuencias para algunas zonas agrícolas y con resultados

beneficiosos para otras [28]

.

La tasa actual del cambio climático es mayor que las registradas en el pasado. Además, el

impacto generado por los humanos sobre las comunidades naturales se remonta a un

escenario nunca antes experimentado. En consecuencia, las especies y las comunidades

naturales no tendrán tiempo suficiente para lidiar con las nuevas condiciones [26]

. La

escasez del recurso hídrico, es uno de los grandes problemas que la humanidad deberá

enfrentar en las siguientes décadas [3]

.

La región de América Latina, es extraordinariamente heterogénea en términos de clima,

ecosistemas, distribución en la población humana y tradiciones culturales. Los cambios del

uso del suelo son fuerzas importantes que causan cambios en el ecosistema [18]

. Los

patrones climáticos complejos que resultan en parte de interacciones del flujo atmosférico

con la topografía, combinados con cambios del uso de suelo y vegetación, hacen difícil

identificar patrones comunes de la vulnerabilidad al cambio climático en la región.

Recursos hidrológicos, ecosistemas, agricultura y plantaciones silviculturales podrían ser

considerados como los sectores más importantes bajo el impacto del cambio climático [29]

.

2



En la mayor parte de América Latina, no existe una clara tendencia a largo plazo con

respecto a la temperatura superficial media. Sin embargo, se han detectado algunos cambios

en la circulación atmosférica regional. Por ejemplo, el Anticiclón del Sur Atlántico se ha

intensificado, y las Corrientes Subtropicales en Sur América han cambiado su curso en

dirección al sur [11]

. Estos fenómenos, pueden ser un signo de cambios asociados con el

Cambio Climático, como ya están siendo impactados por el fenómeno de El Niño-

Oscilación del Sur (ENSO) y otros eventos extremos [24]

. Los recientes acontecimientos de

huracanes e inundaciones ocurridos en las costas americanas y, la sequía bastante frecuente

en las regiones áridas y semiáridas (incluyendo el norte de Chile) pueden ser citados como

evidencias concretas por estos impactos.

A pesar de que el impacto de los diferentes escenarios del cambio climático se ha

pronosticado a escala global, el tipo exacto y la magnitud de éste a pequeña escala sobre

una cuenca no han sido cuantificados en muchas partes del mundo. Por lo tanto, identificar

el impacto local del cambio climático en una escala de cuenca resulta importante. Esta

situación entrega la oportunidad de definir el grado de vulnerabilidad de los recursos

hídricos locales y planificar medidas de adaptación apropiadas, las cuales podrían ser

implementadas a corto plazo. Además, esto dará suficiente espacio para considerar posibles

riesgos a futuro en todas las fases del desarrollo de proyectos de recursos hídricos [3]

.

1.2 Exposición General del Problema

Durante muchos años, el ser humano ha tenido gran efecto sobre el clima y el medio

ambiente mediante el aumento de los gases de invernadero, tal es la magnitud de los hechos

que actualmente se han registrado mayores índices de contaminación debido a la alta

emisión de CO2 [11]

.

El cambio climático podría afectar notablemente al ciclo hidrológico, alterando la

intensidad, la distribución temporal y espacial de las precipitaciones, la escorrentía

superficial y la recarga de agua, generando diversos impactos sobre diferentes ecosistemas

3



naturales y actividades humanas. De esta manera, las zonas áridas y semiáridas son

particularmente vulnerables a un cambio en la disponibilidad de este recurso.

“El conocimiento cualitativo y la estimación cuantitativa de la variación espacial y

temporal de los diferentes componentes del ciclo hidrológico, constituyen el fundamento

básico para cualquier estudio hidrológico o de recursos hídricos a nivel de una cuenca.

Específicamente este conocimiento es necesario en estudios y análisis de evaluación de

recursos de agua, en el planeamiento de recursos hidráulicos, en el diseño, control y

operación de obras y sistemas hidráulicos” [19]

.

La disponibilidad regional del recurso de hídrico, depende del equilibrio hidrológico de la

cuenca, el cual a su vez depende del ciclo hidrológico dinámico interanual en la región. Por

otra parte, la desertificación o la deterioración de la productividad en ambientes áridos son

reconocidas como un problema crítico alrededor del mundo [36]

.

En los desiertos híper-áridos de América Latina (Precipitación Anual < 100 mm), no se

espera que los impactos del cambio del clima sean severos [6]

, porque estos sistemas

actualmente se adaptan a fluctuaciones amplias en la precipitación. Por lo tanto, se puede

señalar que las zonas híper-áridas no son tan susceptibles como las semiáridas al cambio

climático [29]

.

Chile, es uno de los tantos países que hoy en día se están viendo afectados por las

consecuencias socioeconómicas de la variabilidad del clima a escala estacional e interanual,

debido a que la agricultura sigue siendo una actividad económica importante. Por esta

razón, además de asegurar una buena calidad de vida para sus habitantes, la disponibilidad

de recursos hídricos es un tema de primera importancia.

Además, existe más evidencia que sugiere que la variabilidad de la precipitación puede

cambiar en el futuro. Es probable que el ciclo hidrológico sea más intenso bajo un clima

más caliente y, varios modelos han demostrado una disminución de la intensidad de la

precipitación, sugiriendo la posibilidad de acontecimientos más extremos en la

precipitación en la región [8]

. Al mismo tiempo, algunos modelos también proyectan

periodos de sequía más frecuentes o severos sobre áreas de tierras [24]

. Los procesos de

4



desertificación, involucran los elementos naturales y humanos, conduciendo a la pérdida de

productividad ambiental así como la calidad de la vida humana. Los efectos

socioeconómicos del cambio del clima afectarán probablemente de manera desigual a la

estructura de tenencia de la tierra, por el cual los agricultores de mayor escala sean

probablemente menos afectados que los agricultores comunales [8]

.

En países como Chile, donde la agricultura aún es la espina dorsal de la economía y asegura

el bienestar de la gente, la disponibilidad del recurso hídrico es esencial. Sin embargo, a

menos que el recurso de agua disponible se utilice con un acercamiento equilibrado de la

oferta y de la demanda y con una consideración cuidadosa de la sustentabilidad, la

satisfacción de las necesidades de las generaciones futuras permanecerá como una

interrogante. Aunque existe consenso general, en la necesidad de un adecuado

planeamiento sobre el desarrollo de recursos de agua así también como su utilización;

todavía resulta urgente considerar factores de empeoramiento como cambio climático para

asegurar su sustentabilidad [4]

.

En adición del cambio climático, la tendencia hacia la población y el aumento regional de

la producción se deben considerar como los factores productivos más significativos

relacionados con la minería (cobre, oro, hierro y plata), la agricultura (pastos, frutas y

vehículos), basados en un sistema de irrigación técnica altamente intensiva, el turismo y la

actividad industrial pesquera. Sobre todo, las primeras tres áreas productivas dependen

directamente de la disponibilidad del recurso hidrológico. Actividades agrícolas y de

turismo son las áreas de expansión, que requerirán en el futuro de una disponibilidad mayor

de agua [8]

. Por otra parte, el crecimiento demográfico es heterogéneo dentro de la región,

con comunidades o ciudades con ambas tendencias de aumento y disminución de la

población, como se muestra en los numerosos documentos en el análisis del censo hecho

por el Instituto Nacional de Estadística [8]

. Por lo tanto, este comportamiento también

resultará en la variación de la demanda para la disponibilidad hidrológica del recurso.

5



1.3 Objetivos

El objetivo general de esta tesis es: “Determinar la disponibilidad del recurso hídrico en la

Cuenca del Río Elqui producto del impacto del cambio climático en el mediano plazo (10

años)”.

Los objetivos específicos determinados para el cumplimento de esta tesis son:

Preparar una base de datos de caudales y precipitaciones de las estaciones ubicadas

en la Cuenca del Río Elqui.

Recopilación de información sobre topografía, vegetación y suelos de la cuenca del

río Elqui.

Caracterización de la cuenca desde Huanta hacia aguas arriba.

Consideración de escenarios de cambio climático obtenidos mediante la técnica del

downscaling estadístico.

Modelación de la cuenca mediante la utilización de HEC-HMS.

1.4 Descripción de los Capítulos

En el Capítulo 2, se presenta una descripción general de la Cuenca del Río Elqui y su

hidrología, detallando su ubicación geográfica, subcuencas, geología, ríos afluentes,

embalses, así como también su régimen de precipitaciones, tendencias pluviométricas y

escorrentía superficial.

En el Capítulo 3, se describe el sistema de modelación HEC-HMS con el cual se realizará

la simulación hidrológica. Se presentan los componentes del programa y el procesamiento

que se le dará a la cuenca con el fin de obtener la Entrada del Modelo de Cuenca del Río

Turbio. Se recopila además información correspondiente a los datos de pluviometría,

fluviometría y temperaturas, con la cual se generan series de datos mínimos y máximos

para cada año utilizado en el análisis.

6



En el Capítulo 4, se desarrolla el modelo de cuenca y el modelo meteorológico

seleccionado para el área de estudio, con sus respectivos métodos de cálculos y parámetros

utilizados, los cuales serán incorporados en el Modelo Hidrológico de HEC-HMS.

En el Capítulo 5, se describe el efecto del cambio climático y la forma en que este será

considerado para el pronóstico de caudales de la Cuenca del Río Turbio. De esta manera, en

relación a la literatura consultada se describen los modelos climáticos y los escenarios

propuestos por el IPCC, seleccionando el escenario de cambio climático a utilizar para la

simulación de caudales de la cuenca en estudio.

En el Capítulo 6, se presentan los procesos de calibración y validación realizados al modelo

hidrológico, con el fin de optimizar los parámetros señalados en el Capítulo 4. Se utiliza

como punto de salida de la cuenca la Estación de Aforo Turbio en Varillar y se obtienen los

caudales simulados en escenario de cambio climático para los periodos 2020, 2050 y 2080.

En el Capítulo 7, se exponen las conclusiones de este trabajo considerando los objetivos

trazados y los resultados obtenidos, además se presentan recomendaciones para estudios

futuros.

En el Capítulo 8, se nombran las referencias bibliográficas consultadas en el desarrollo de

esta investigación.

7



2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA CUENCA DEL RÍO ELQUI

2.1 Introducción

En el presente capítulo se realizará una descripción geográfica - física de la Cuenca del Río

Elqui, la cual es importante en la estructura de la modelación a ejecutar.

En una primera parte se abordarán las características generales en relación a la ubicación

geográfica, superficie y límites del área en estudio; división de la cuenca en comunas y

subcuencas. Características topográficas y clima presente en la Cuenca del Río Elqui. Se

describen también las propiedades de los suelos, respecto a la geología, vegetación y uso de

estos.

Se detalla además la Cuenca del Río Elqui desde el punto de vista hidrológico, con sus ríos

afluentes, embalses, régimen de precipitaciones, tendencias pluviométricas y la relación

entre precipitación y los eventos El Niño y La Niña; escorrentía superficial y los derechos

de aprovechamiento de agua.

2.2 Características Generales

2.2.1 Descripción Geográfica

La Cuenca del Río Elqui está ubicada en el sector norte de la IV Región de Chile (conocido

como Norte Chico), en la provincia que lleva su propio nombre. La hoya hidrográfica del

Río Elqui tiene una superficie total aproximada de 9.645 km2, nace en la Cordillera de Los

Andes y se ubica entre los paralelos 29°30’ y 30°27’de latitud sur y los meridianos 69°52’

y 71°22’ de longitud oeste, tal como se muestra en la Figura 2.1.

8



Figura 2.1: Cuenca del Río Elqui, Cuarta Región

Políticamente, la Cuenca del Río Elqui está constituida por 3 Comunas: La Serena, Vicuña

y Paihuano (ver Figura 2.2). Por otra parte, se divide en 4 Subcuencas Hidrológicas, las

que se nombran a continuación: la Subcuenca del Río Elqui Bajo (entre la Quebrada El

Arrayán y la desembocadura); la Subcuenca del Río Elqui Medio (entre la junta de los Ríos

Turbio, Claro y la Quebrada El Arrayán); la Subcuenca del Río Claro y la Subcuenca del

Río Turbio.

9



Figura 2.2: Comunas de la Cuenca del Río Elqui

2.2.2 Descripción Topográfica

La topografía de la Cuenca del Río Elqui, sube del nivel del mar a una elevación de

aproximadamente 880 m en la localidad de Rivadavia, con un promedio de las pendientes

entre estos puntos sobre el 1.1 %. La zona costera en la ciudad de La Serena, está formada

por tres terrazas extensas que van progresivamente angostándose a medida que se va

penetrando río arriba. La terraza superior posee alrededor de 3 km de ancho y se encuentra

a 100 m sobre el nivel del Río Elqui, la caja del río se vuelve más angosta a medida que se

avanza aguas arriba, además de una disminución en la profundidad de sus aguas.

Aguas abajo de la localidad de Marquesa, las laderas de los cerros abarcan pendientes entre

los 25° a 45° desde las orillas del río. Aguas arriba de Marquesa las pendientes comienzan a

aumentar desde la ribera del río hasta alcanzar altitudes de 500 a 3.500 m

aproximadamente.

En el sector de Rivadavia, la caja del río se angosta considerablemente, incrementándose

las pendientes y alcanzando altitudes hasta los 7.000 m aproximadamente en los límites de

Chile con Argentina, alrededor de 140 km al Este de La Serena.

10



Del total de 32.690 Ha de la hoya hidrográfica, solamente 25.130 Ha son regadas y 7.560

son regables [14]

, el resto de la cuenca está formada por cordones de cerros que rodean los

sectores de regadío, situados a ambos lados del Río Elqui. En los sectores de Algarrobal y

Almendral los cerros de la cuenca precordillerana, alcanzan alturas máximas de 2.000

m.s.n.m., formando angosturas de cientos de metros en el sector donde se ubican las

estaciones fluviométricas del río a la entrada y salida de las subcuencas.

En resumen, el área en general está caracterizada por colinas empinadas, sectores

montañosos y por un valle angosto de fuertes pendientes, tal como se muestra en la Figura

2.3, en la cual es posible visualizar la altimetría de la Cuenca del Río Elqui.

Figura 2.3: Cuenca del Río Elqui, Altimetría

2.2.3 Descripción del Clima en la Región de Coquimbo

La IV Región de Coquimbo, presenta un sistema climático semiárido. En lo básico,

constituye una transición del ambiente desértico, hacia condiciones de mayor humedad, que

pasan a predominar en el centro del territorio nacional. Esta definición se refleja por las

11



características de alta variabilidad de sus condiciones pluviométricas, propias de territorios

de margen desértico [13]

.

Al igual que en las regiones más septentrionales, la acción moderadora del océano genera,

en el sector costero, temperaturas parejas y una elevada humedad relativa. Hacia el interior,

las temperaturas se hacen más extremas, con una mayor amplitud térmica, en tanto la

humedad relativa disminuye.

La alta humedad proveniente del mar provoca el fenómeno de las neblinas costeras o

camanchacas, comunes en las regiones más nortinas. Este fenómeno se produce sobre todo

donde los farellones costeros adquieren mayor altura, como es el caso de Altos de Talinay,

en el Parque Nacional Fray Jorge. En algunos sectores, la camanchaca puede penetrar

varios kilómetros hacia el interior.

Avanzando hacia el interior, la humedad atmosférica decrece ostensiblemente, y las

temperaturas se hacen más rigurosas, aumenta el fenómeno de las heladas y se incrementa

además la radiación solar, generando condiciones de mayor aridez, aun cuando son mucho

menores que en las regiones boreales. Con el incremento de la altitud, en el sector de

Precordillera y Cordillera las características climáticas se hacen más rigurosas, aumentando

las heladas y la pluviosidad que tiene características nivales.

En lo relativo a la pluviosidad, en la región se manifiesta el típico régimen mediterráneo de

lluvias; es decir, las precipitaciones existentes son de régimen invernal, con énfasis en los

meses de Junio, Julio y Agosto. El predominio constante del anticiclón del Pacífico

Sudoccidental, con sus altas presiones, dificulta el paso de los frentes de lluvia lo que hace

que las precipitaciones sean escasas. Las lluvias en los meses de verano, son de tipo frontal

muy esporádicas y escasas, pero pueden presentarse extraordinariamente intensas. Como

los efectos del anticiclón se van atenuando hacia el sur, la pluviosidad se incrementa

proporcionalmente, y en el sur de la región se llega a tener 221,8 mm en Los Vilos, en

comparación con los 70 mm que existen en el norte de la región.

12



El clima presente en la Cuenca del Río Elqui, según Publicación de la Dirección General de

Aguas, en Diciembre del 2004, se puede clasificar en [15]

:

Clima Estepárico costero o Nuboso: se presenta a lo largo de toda la costa. Su

influencia llega hasta el interior hasta 40 km, por medio de los valles transversales y

quebradas. Su mayor característica es la abundante nubosidad; humedad,

temperaturas moderadas, con un promedio de precipitaciones de 130 mm anuales

con un período seco de 8 a 9 meses.

Clima de Estepa Cálido: este clima se sitúa en el valle del Río Elqui, por sobre los

800 metros y se caracteriza por la ausencia de nubosidad y sequedad del aire. Sus

temperaturas son mayores que en la costa, las precipitaciones no son tan abundantes

y los períodos de sequía son característicos.

Clima Templado Frío de Altura: este clima se localiza en la Cordillera de Los

Andes sobre los 3.000 m de altitud con características de altas precipitaciones,

temperaturas bajas y nieves permanentes que constituyen un aporte significativo de

agua en el período estival.

En relación a las precipitaciones, los registros de precipitación media anual corresponden a

73,9 mm en el sector de Huanta; 92,4 mm en Paihuano y 137,5 mm en la localidad de

Vicuña. El total de agua caída por año alcanza a 95,2 mm.

Las temperaturas varían de 0 °C en el sector cordillerano (>3.000 m.s.n.m.) a 16°C en el

sector costero (<1.500 m.s.n.m.). La estación agroclimática Ovalle registra una temperatura

media anual de 16,6°C, con una mínima de 9,4°C y una máxima de 23,8°C.

13



2.3 Clasificación y Propiedades de los Suelos

Gran parte de la geografía que forma la Cuenca del Río Elqui está basada principalmente

por terrazas marinas, acceso al Valle del Elqui desde La Serena a Algarrobito, donde las

terrazas superiores se caracterizan por su espesor de materiales rodados y arenas con un

desnivel actual del orden de 100 m con respecto al lecho fluvial, por su parte el nivel

inferior de estas terrazas se ubica próximo al río y sus sedimentos son cada vez más finos

hacia la superficie.

El relleno fluvial existente en gran parte de Algarrobito al interior de la cuenca, posee una

alta permeabilidad y está constituido por gravas, arenas y poco contenido arcilloso en una

distribución irregular, en gran parte, lentes de arcilla.

2.3.1 Características Geológicas de los Suelos

Del punto de vista geológico, los sectores altos de la cuenca están formados principalmente,

por rocas volcánicas, rocas sedimentarias y rocas graníticas, no encontrando sedimentos

cuaternarios o aluviales.

En los sectores medios de la cuenca, se alcanzan espesores de relleno fluvial del orden de

50 a 75 m, bajo los cuales se ubica un relleno aluvial de muy baja permeabilidad, cuyos

espesores varían entre los 20 a 40 m depositado bajo la sobre basal.

En los sectores bajos de la cuenca hasta la desembocadura el Río Elqui, se pueden observar

rellenos fluviales del orden de 50 m en Altovalsol, 75 m en La Serena y poco más de 100 m

en su desembocadura. Pudiendo constatar un nivel freático ubicado muy cerca de la

superficie, entre 1 y 3 m de profundidad.

Los sedimentos aluviales que conforman las terrazas en el curso inferior de la cuenca,

desde la localidad de El Molle hasta la desembocadura del Río Elqui, están constituidos por

bolones, gravas gruesas, arenas y alto contenido arcilloso.

14



Algunos sondajes perforados en las terrazas han reconocido hasta 80 m de espesor del

depósito aluvial, ubicando diferentes niveles freáticos. En el sector de La Serena, en las

terrazas altas, se han ubicado niveles freáticos a 43 m de profundidad y en las terrazas bajas

a tan solo 3 m.

La clasificación de los suelos por sus características geológicas son las que se indican en

Tabla 2.1, y la distribución para la Cuenca del Río Elqui [30]

es la que se muestran en la

Figura 2.4.

Tabla 2.1: Cuenca del Río Elqui, Características Geológicas

Características Geológicas Grupo Hidrológico

Sedimentarios Cuaternarios A

Alteración Hidrotermal B

Rocas Volcánicas y Sedimentarias C

Rocas Graníticas Intermedias D

15



Figura 2.4: Cuenca del Río Elqui, Características Geológicas

2.3.2 Vegetación y Uso de Suelos

La IV Región de Coquimbo, está dentro de las 25 áreas de mayor biodiversidad a nivel

mundial. La flora total nativa de esta región comprende poco más del 30 % de las especies

presentes en la flora de Chile Continental. Además, debemos mencionar que dentro de la

región se encuentra el Bosque Fray Jorge que concentra la mayor cantidad de especies

(aproximadamente 551 especies en 900 km2) y la mayor proporción de especies con

problemas de conservación.

En la Cuenca del Río Elqui encontramos diversos tipos de vegetación, distribuyéndose [30]

según lo mostrado en la Figura 2.5, existiendo por supuesto áreas sin vegetación, las cuales

corresponden a los sectores aluviales. También es posible observar, que la cuenca tiene una

cobertura principalmente de vegetación tipo matorral y matorral con cactus, lo que provoca

que esta zona sea particularmente sensible a la desertificación.

16



Resumiendo, la vegetación dominante en esta zona es estepa o matorral, representadas

principalmente por los arbustos de distribución escasa.

Figura 2.5: Cuenca del Río Elqui, Cobertura de Vegetación y Uso de Suelos

2.4 Hidrología de la Cuenca del Río Elqui

Una de las principales características de la Región de Coquimbo es que, pese a su baja

pluviometría, cuenta con condiciones aptas para el desarrollo de la agricultura, la cual

cumple un rol fundamental en el sistema social y económico de la Región. Por

consiguiente, el conocimiento de la hidrología de la cuenca es un elemento clave para el

manejo sustentable actual y futuro de la misma.

Dado que la Cuenca del Río Elqui no recibe aporte de aguas desde cuencas vecinas ni

existen sistemas de desalinización, todas las actividades desarrolladas en su interior deben

llevarse a cabo, en cuanto a sus requerimientos hídricos, con el aporte de aguas

17



provenientes de las precipitaciones, las cuales además de escasas son variables entre años

(eventos El Niño y La Niña). Esto implica acentuadas variabilidades en el régimen de

escorrentía superficial de los cauces naturales que se encuentran en la cuenca, existiendo

años secos proclives a generar sequías como años lluviosos, los cuales recargan los

sistemas hídricos, que pudieran provocar en algunos casos crecidas y aluviones.

Sin considerar el tipo de año hidrológico, las precipitaciones se concentran durante la época

de otoño e invierno. En sentido opuesto, los mayores requerimientos hídricos ocurren en los

meses de mayor calor (épocas de primavera y verano), esto a diferencia del régimen de

precipitaciones. Cada una de estas problemáticas conlleva a que el sistema hídrico tenga

diversas fuentes de fragilidad y que por ello el manejo hídrico sea crucial tanto para la

sustentabilidad como para la planificación y gestión del recurso.

Para determinar la escorrentía superficial de la cuenca, debemos considerar que los

caudales observados no corresponden a su régimen natural, ya que se encuentran alterados

por las extracciones, los flujos de retorno a la red de drenaje y la operación de los embalses,

cuyo efecto es una disminución neta del caudal [20]

.

Finalmente, se incluye la distribución de los Derechos de Aprovechamiento de Agua para

la Cuenca del Río Elqui.

2.4.1 Hidrografía de la Cuenca

El Río Elqui propiamente tal se forma en la confluencia de los Ríos Claro y Turbio, de

características fundamentalmente nivales, cerca de la localidad de Rivadavia (ver Figura

2.6), en su recorrido (80 km aproximadamente) recibe los aportes de varias quebradas, entre

las cuales se puede mencionar Las Mollejas, San Carlos, Marquesa, El Arrayán, Talca y

Santa Gracia, todas con escurrimientos pluviales y eventuales producto de crecidas de

invierno, desembocando sus aguas en el Río Elqui y luego en el Océano Pacifico.

18



Por lo tanto, se pueden distinguir dos zonas: una zona precordillerana y cordillerana

constituida por las Cuencas de los Ríos Turbio y Claro y otra zona baja correspondiente a la

Cuenca del Río Elqui. El régimen hidrológico de las cuencas altas es nivo-pluvial, con

predominio del nival conforme aumente la altitud media de la cuenca y régimen pluvial el

de las cuencas bajas.

En el año 1999 entró en operación el Embalse Puclaro, el cual está ubicado en la angostura

del mismo nombre y emplazado en el Río Elqui a 46 km al interior de la ciudad de La

Serena, aguas arriba de la estación fluviométrica "Río Elqui en Almendral". Este embalse

tiene una capacidad aproximada de 200 millones de m3 y es administrado por la Junta de

Vigilancia del Río Elqui.

Figura 2.6: Río Elqui, confluencia entre los Ríos Turbio y Claro

El Río Turbio nace en la confluencia de los Ríos La Laguna y El Toro, en la localidad

llamada Junta de Toro tal como lo muestra en la Figura 2.7, y es el principal afluente del

Río Elqui dado que drena la mayor parte del área de cordillera, con una superficie total de

4.190 km2. En su trayectoria, el Río Turbio cambia constantemente de dirección,

recorriendo una distancia aproximada de 70 km hasta unirse con el Río Claro. Desde este

19



punto hasta su junta con el Río Claro, sus principales afluentes son el Río Incahuaz y los

Esteros Huanta y Los Tilos.

Figura 2.7: Río Turbio, confluencia entre los Ríos La Laguna y El Toro

El Río La Laguna se ubica al Sur de la cuenca del Río Toro y en una de sus cabeceras se

ubica el único glaciar de casco descubierto, que existe en la cuenca, el Glaciar El Tapado y

otros innominados con características de permafrost neveros o glaciares rocosos [20]

, los que

son un gran aporte a los principales cauces tributarios al Río La Laguna, correspondientes a

los Ríos Colorado, La Gloria e Hipólito. Aproximadamente a 3.100 m.s.n.m., se encuentra

el Embalse La Laguna construido en la década de los 40, que cuenta con una capacidad de

40 millones de m3 y es administrado también por la Junta de Vigilancia del Río Elqui. Los

caudales aguas abajo, provienen fundamentalmente de los derretimientos de nieve que se

provocan en la alta cordillera y los caudales regulados entregados por el Embalse La

Laguna.

La Subcuenca del Río Claro, con una superficie total aproximada de 1.510 km2, está

formada por los Ríos Derecho y Cochiguaz en la localidad de Monte Grande (ver Figura

2.8), aguas abajo sólo recibe aportes muy exiguos de la Quebrada de Paihuano. El Río

Claro nace en la vertiente norte del cerro El Volcán, ubicado en la cordillera de los Andes y

en el límite entre las Cuencas Elqui y Limarí. La subcuenca presenta un área de cordillera

20



bastante menor que la anterior, pero es compensada en parte por la altura alcanzada por las

cordilleras laterales, las cuales le entregan un respaldo nival a sus flujos superficiales

permanentes.

Figura 2.8: Río Claro, confluencia entre el río Derecho y Cochiguaz

La Subcuenca del Río Elqui drena el sector bajo de la cuenca, con una superficie total

aproximada de 4.148 km2, ubicada aguas abajo de la confluencia entre el Río Turbio y el

Río Claro, desarrollándose hasta el Océano Pacífico. Los aportes de recursos hídricos

propios son muy escasos y eventuales, producto de lluvias de baja magnitud capaces de

producir escurrimientos en las quebradas afluentes y en las áreas de drenaje directo [2]

. El

mayor porcentaje de sus recursos provienen de las subcuencas superiores especialmente en

épocas de deshielos.

Se clasifica como semiárida, y posee un déficit hídrico natural. Lo cual se explica al

observar el régimen de precipitaciones medias en la zona pluvial de la cuenca [37]

, en el

rango de los 159,9 (mm/año), y las tasas de evapotranspiración potencial sobre los 1.500

(mm/año). Este déficit hídrico se acentúa aún más por la marcada variabilidad climática,

que presentan las cuencas semiáridas, especialmente en el régimen de precipitaciones,

21



implica acentuadas fluctuaciones en el régimen de escorrentía superficial de los cauces

naturales. La línea de nieve se genera a partir de alturas superiores a los 2.500 m.s.n.m., lo

cual genera un área nival del orden del 30 % del total del área de la cuenca.

2.4.2 Régimen de Precipitaciones

Dada la característica Nivo - Pluvial de la Cuenca, es relevante considerar los regímenes de

precipitación líquida como los regímenes de precipitación sólida. De esta manera, se debe

contar con mediciones y datos tanto a cotas inferiores como a cotas superiores a la línea de

nieve [37]

. No obstante, a altitudes sobre la línea de nieve, las dificultades de acceso limitan

el registro a sólo algunos meses del año.

En lo que respecta a registros de precipitación líquida, la mayoría de las estaciones

pluviométricas están a cargo de la Dirección General de Aguas (DGA), a través de la Red

Hidrometeorológica Nacional (RHN), la cual está públicamente disponible en el Sistema

Banco Nacional de Aguas de la DGA [16]

. Otro grupo de estaciones es operado por la

Dirección Meteorológica de Chile (DMC), y desde el año 2004, se agregan las estaciones a

cargo del Centro de Estudios Avanzados de Zonas Áridas (CEAZA) en La Serena.

Para las mediciones de precipitación sólida o nieve, las que resultan más complejas, las

técnicas utilizadas consisten en nivómetros y las rutas de nieve. Los primeros miden la

cantidad de nieve caída, precipitación que es luego expresada como equivalente en agua

líquida; y las rutas de nieve, son los sectores nivales donde se instalan ciertas marcas, en las

cuales periódicamente se mide la cantidad de nieve acumulada y su densidad. De la

combinación de ambos valores se obtiene el equivalente en agua del manto de nieve.

En la Cuenca del Río Elqui, las lluvias son principalmente de tipo frontal, con masas de

aire provenientes desde el sur. Normalmente, estos frentes no pueden llegar a la zona de la

cuenca producto de la existencia del anticiclón del Pacífico, el cual se desplaza hacia el

norte en invierno. Según la magnitud del frente y del desplazamiento del anticiclón, la

precipitación puede alcanzar el sur de la Cuarta Región o más al norte. Por otra parte, la

22



precipitación registrada en la zona alta de la cuenca, se puede originar por el paso de

sistemas frontales desde Argentina, a través de la Cordillera de los Andes. Las crecidas y

aluviones, se originan a partir de tormentas intensas pero de corta duración (de uno o más

días de duración). Su estudio y capacidad de predicción, se basa en los registros históricos

de precipitación a escala temporal de días, horas y minutos. En algunos casos, es posible

que un evento supere la media anual del año.

En las estaciones sobre la línea de nieve, la escala temporal resulta indiferente, dado la

magnitud de las crecidas de deshielo se basa en la cantidad de nieve disponible y en el

balance energético generado por el derretimiento de nieve y hielo.

La información de las estaciones pluviométricas, fluviométricas y metereológicas

distribuidas a lo largo de la Cuenca del Río Elqui, fue facilitada por la Dirección General de

Aguas [16]

.

2.4.3 Eventos El Niño y La Niña

El fenómeno de El Niño (El Niño Southern Oscillation, ENSO), corresponde a un

fenómeno natural de interacción entre el océano y la atmósfera, que ocurre en la región del

Pacífico intertropical, cada ciertos años. Se caracteriza, por aumentos en la temperatura del

mar, siendo más cálidas de lo normal en una extensa área entre las costas Sudamericanas y

de Oceanía. De esta forma, los vientos alisios que normalmente soplan en la región

intertropical desde América hacia Oceanía, se debilitan y pueden llegar a cambiar de

sentido, facilitando así el transporte de aguas calientes características del sector de

Indonesia hacia las costas intertropicales Sudamericanas y posteriormente hacia las costas

del Norte de Chile y el Istmo de Panamá. En la atmósfera media y alta del Pacífico

Ecuatorial, los vientos del Este también se debilitan, permitiendo que la nubosidad

convectiva del Sudeste Asiático se desplace hacia Sudamérica, produciendo intensas

precipitaciones en Ecuador y Perú. Estas alteraciones atmosféricas también hacen que la

zona de altas presiones, ubicada sobre el Océano Pacífico frente a la parte norte y central de

Chile (anticiclón del Pacífico), se desplace hacia el Oeste, debilitando sus efectos en Chile

23



y permitiendo así que los sistemas frontales que provienen del Pacífico Sur, alcancen la

zona central y norte chico del país, incrementándose la cantidad e intensidad de las

precipitaciones en estos sectores [37]

. Diversos trabajos han establecido la relación entre

años El Niño y el aumento de las precipitaciones o el fenómeno de La Niña y la

disminución de éstas [1]

.

Los años lluviosos permiten la recarga del sistema hidrológico, como aspecto positivo, pero

pueden originar crecidas las que pueden resultar catastróficas en algunos casos cuando

alcanzan niveles peligrosos. En ambos casos la duración del evento El Niño no es

relevante, pero sí lo es la cantidad de agua caída. En el caso el fenómeno La Niña, la cual se

asocia a precipitaciones bajas y riesgo de sequía, la duración de este periodo resulta

relevante, ya que puede generar una condición de sequía. Resulta importante entonces, la

rápida respuesta de las autoridades en cuanto a sistemas de alertas tempranas, destinadas a

planes de contingencia para eventos de este tipo.

2.4.4 Escorrentía Superficial

Para analizar la hidrología de un curso de agua, resulta importante identificar las estaciones

fluviométricas presentes en la cuenca, en las cuales se miden los niveles de escurrimiento y

los caudales; y se pueden clasificar en limnimétricas y limnigráficas.

Dado que hace bastantes años, la Cuenca del Río Elqui está siendo intervenida por el

hombre, ya sea por extracción de agua para riego, uso minero, consumo de agua potable y

la operación de los embalses; resultando entonces alterados los registros históricos de

caudales. Las recuperaciones en cambio [20]

, las cuales resultan difíciles de estimar,

corresponden a caudales extraídos al río y que retornan al cauce aguas abajo.

En la confección de un modelo hidrológico, es relevante estimar el caudal en régimen

natural. Considerando que el caudal natural medio depende de: el área de la cuenca, el

régimen de precipitaciones y, las pérdidas generadas vía evaporación, sublimación y uso

del agua, es decir, en función de los registros históricos de los caudales extraídos y del

24



manejo del embalse. En relación a los caudales en régimen natural, obtenidos a partir de la

información disponible, éstos presentan valores superiores a los caudales observados

respectivos.

Para la modelación realizada en el presente estudio, se relacionará el régimen pluviométrico

de la Cuenca con el escurrimiento en la estación fluviométrica de Turbio en Varillar,

considerándola como Estación de Aforo.

2.4.5 Acciones o Derechos de Agua

Según el Código de Aguas [9]

: “Las aguas son bienes nacionales de uso público y se otorga

a los particulares el derecho de aprovechamiento de ellas, en conformidad a las

disposiciones del presente Código. El derecho de aprovechamiento es un derecho real que

recae sobre las aguas y consiste en el uso y goce de ellas, con los requisitos y en

conformidad a las reglas que prescribe este Código. El derecho de aprovechamiento sobre

las aguas es de dominio de su titular, quien podrá usar, gozar y disponer de él en

conformidad a la ley. El derecho de aprovechamiento se expresará en volumen por unidad

de tiempo”.

De esta manera, se precisan los derechos del agua de los usuarios individuales en término

de “acciones” que se definen como un flujo específico. Normalmente, una acción es el

equivalente de 1 L/s del agua. Pero en realidad, este valor está sujeto a la disponibilidad de

agua para regadío en la Cuenca del Río Elqui, la cual se caracteriza por las violentas

variaciones que sufre, es decir, periodos de abundancia del recurso hídrico seguidos de

periodos de extrema escasez. Por esta razón, el caudal por acción queda sujeto al

desmarque, el cual tiene lugar, según el Art. 9º Nº 6 del Estatuto de la Junta de Vigilancia

del Río Elqui y sus Afluentes “cuando el caudal disponible del río es insuficiente para

mantener la cotización de la acción en el cien por ciento de su valor nominal, entregándose

un caudal inferior a un litro por segundo por cada acción neta en bocatoma”.

25



En la Tabla 2.2, se muestra la distribución total de los derechos de agua [2]

para toda la

Cuenca del Río Elqui.

Tabla 2.2: Resumen de Acciones de Derechos de Aprovechamiento de Agua para la

Cuenca del Río Elqui

Sector Derechos (l/s)

Sector 1 : Subcuenca del Río Turbio 2.166,16

Sector 2 : Subcuenca del Río Claro 3.944,50

Sector 3 : Subcuenca del Río Elqui Medio 5.760,40

Sector 4 : Subcuenca del Río Elqui Bajo 12.811,44

TOTAL 24.682,50

Cabe señalar, que la Junta de Vigilancia del Río Elqui para efectos de cálculos de

desmarques, se basa en la información entregada por la D.G.A., en cuanto a caudales

proyectados y el total de nieve caída en la temporada, y en el estado de operación de los

Embalses La Laguna y Puclaro.

26



3 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE MODELACIÓN

HIDROLÓGICA HEC-HMS

3.1 Introducción

En el presente capítulo, se describe el sistema de modelación HEC-HMS (Hydrologic

Engineering Center - Hydrologic Modeling System) utilizado en este estudio, detallando

brevemente su funcionamiento y sus componentes.

El Sistema de Modelación Hidrológica, HEC-HMS, es un programa de uso libre creado por

el Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos [31]

y que está diseñado para simular el

proceso de Precipitación - Recarga en Sistemas de Cuencas. Se utiliza para realizar la

mayor cantidad de estudios hidrológicos en un amplio rango de área geográfica.

Los hidrogramas producidos, pueden ser usados directamente o en conjunto con otros

programas disponibles, para estudios hidrológicos en: drenaje urbano, pronósticos de

caudal, impacto futuro en urbanizaciones, diseño de canales de desagüe, análisis de

crecidas y operación de sistemas.

El programa es un sistema de modelación generalizado, capaz de representar numerosas

cuencas diferentes. Un modelo de cuenca, es construido separando el ciclo hidrológico en

áreas manejables y creando condiciones de borde o limites dentro de la cuenca de interés.

Cualquier masa o flujo de energía en el ciclo, puede ser entonces representado con un

modelo matemático. En la mayoría de los casos, existe una amplia gama de modelos o

métodos para representar cada flujo. Cada modelo matemático incluido en el programa,

tiene un buen comportamiento para diferentes ambientes y bajo ciertas condiciones. Para

obtener resultados óptimos se requiere tener conocimiento de la cuenca, el objetivo del

estudio hidrológico, y criterios de ingeniería.

HEC-HMS, en términos simples es un programa que permite calcular el hidrograma

producido por una cuenca, dada las características propias de cada área de estudio, así como

27



los datos físicos de la cuenca y precipitaciones, lo que se puede dividir en 4 fases tal como

lo muestra la Figura 3.1. Mediante este análisis se pueden establecer dentro del modelo

varias subcuencas, realizando los cálculos de las 3 primeras fases para cada subcuenca y

calculando la última fase para cada tránsito a lo largo de un cauce. Finalmente, suma todos

los caudales generados y transitados a lo largo del recorrido y entrega el hidrograma en el

punto de salida de la cuenca.

Figura 3.1: Cálculo de Hidrograma para una cuenca utilizando HEC-HMS

Cabe señalar, que el programa despliega un ambiente de trabajo completamente integrado

incluyendo una base de datos, utilidades en ingreso de datos, manejo de los cálculos y

herramientas de entrega de resultados. Una interfaz gráfica de usuario, permite el

movimiento libre sin dificultades o restricciones entre las diferentes partes del programa.

La funcionalidad y apariencia del programa es la misma a través de todas las plataformas

de soporte [34]

.

28



3.2 Componentes de HEC-HMS

Para simular la respuesta hidrológica de una cuenca, HEC-HMS utiliza los siguientes

componentes: Modelos de Cuenca, Modelos Meteorológicos, Especificaciones de Control y

Datos de Entrada. Una simulación calcula la transformación de lluvia a caudal en el

modelo de la cuenca, dada la entrada del modelo meteorológico. Las especificaciones de

control definen el periodo de tiempo durante el cual se realizará la simulación y el intervalo

de tiempo a utilizar. Los componentes de los datos de entrada, tales como las series

temporales, tablas y datos por celdas son requeridos como parámetros o condiciones de

contorno tanto en el modelo de la cuenca como en el meteorológico.

3.2.1 Componentes del Modelo de la Cuenca

El modelo de la cuenca representa la cuenca físicamente, en esta etapa se desarrolla el

modelo de la cuenca incluyendo y conectando elementos hidrológicos, tal como se

visualiza en la Tabla 3.1, los cuales a su vez usan modelos matemáticos para describir los

procesos físicos que se producen en la cuenca. Las acciones posibles que se pueden

realizar en HEC-HMS para construir el Modelo de Cuenca a través de los Elementos

Hidrológicos son lo que se muestran en la Tabla 3.2.

29



Tabla 3.1: Descripción de los Elementos Hidrológicos

Elemento Hidrológico Descripción

Subcuenca (Subbasin)

Este elemento hidrológico es usado para representar físicamente la cuenca.

Dada la precipitación, es posible calcular desde este elemento hidrológico el

flujo de salida, restando las pérdidas de precipitación, transformando el exceso

de precipitación en escorrentía a la salida de la subcuenca y adicionando el

flujo base.

Ríos (Reach)

Este elemento es usado para transmitir aguas abajo el caudal en el modelo de

la cuenca. El flujo de entrada de este elemento puede provenir desde uno o

más elementos hidrológicos ubicados aguas arriba. El caudal de salida de este

elemento es calculado contabilizando en el Hidrograma de entrada la

traslación y atenuación.

Unión (Junction)

El elemento de unión es usado para combinar el caudal desde elementos

hidrológicos ubicados aguas arriba de la unión. El flujo de entrada en la unión

puede provenir desde uno o más elementos hidrológicos ubicados aguas

arriba. El caudal de salida es simplemente calculado, sumando todos los flujos

de entrada y asumiendo que no existe almacenamiento en la unión.

Fuente (Source) El elemento de fuente es usado para introducir caudal en el modelo de la

cuenca. No tiene flujo de entrada y el caudal de descarga desde la fuente es

definido por el usuario.

Vertedero (Sink) Este elemento es usado para representar la salida de una cuenca física. El flujo

de entrada puede provenir desde uno o más elementos hidrológicos ubicado

aguas arriba. No existe caudal de salida en este elemento.

Embalse (Reservoir)

El elemento de embalse es usado para modelar la detención y atenuación que

podría causar en un Hidrograma la presencia de un embalse de

almacenamiento de agua. El flujo de entrada puede provenir de uno o más

elementos hidrológicos ubicados aguas arriba. El caudal de salida desde el

elemento de embalse puede ser calculado de dos maneras: 1) El usuario

puede ingresar las relaciones o Curvas de: Almacenamiento-Descarga;

Elevación-Almacenamiento-Descarga o Elevación-Área-Descarga. 2) El

usuario puede ingresar las relaciones Elevación-Almacenamiento o Elevación-

Área, y definir una o más estructuras de salida.

Desvío (Diversion)

Este elemento es usado para modelar caudal que es desviado del cauce

principal. El flujo de entrada puede provenir de uno o más elementos

hidrológicos ubicados aguas arriba. El flujo de salida de este elemento

consiste en caudales desviados y no desviados. El caudal desviado es

calculado usando datos de entrada proporcionados por el usuario. Ambos

caudales, desviados y no desviados, pueden ser conectados a otros elementos

hidrológicos ubicados aguas abajo del elemento de desvío.

Fuente: “Hydrologic Modeling System HEC-HMS User’s Manual” [34]

.

30



Tabla 3.2: Descripción de los elementos en la barra de herramientas de HEC-HMS

Herramienta Acción

Agrega elemento de Subcuenca al Modelo de Cuenca

Agrega elemento de Río al Modelo de Cuenca

Agrega elemento de Embalse al Modelo de Cuenca

Agrega elemento de Unión al Modelo de Cuenca

Agrega elemento de Desvío al Modelo de Cuenca

Agrega elemento de Fuente al Modelo de Cuenca

Agrega elemento de Vertedero al Modelo de Cuenca

Los métodos de cálculo que se utilizan en cada Subcuenca, ver Tabla 3.3, son los relativos

a la propagación de caudales y corresponden a: Onda Cinemática, Retardo, Puls

Modificado (embalse a nivel), Muskingum y Muskingum - Cunge. En la modelación de los

ríos se pueden considerar varios métodos de ruteo indicados en la Tabla 3.4.

3.2.2 Componentes del Modelo Meteorológico

El modelo meteorológico calcula la entrada de precipitación que requiere un elemento de

subcuenca, la que puede ser puntual o por celdas. Este modelo es capaz de modelar la

precipitación sólida y líquida, junto con la evapotranspiración.

Se requiere un método de evapotranspiración, únicamente cuando se desea una respuesta

de la cuenca continua o a largo plazo. Una breve descripción de los métodos disponibles

para calcular la precipitación media en la cuenca o celda a celda se incluye en la Tabla 3.5.

31



Los métodos de evapotranspiración incluyen el método de Constante Mensual y el de

Priestley Taylor.

Tabla 3.3: Métodos de cálculo para Subcuencas

Tipo de Cálculo Método

Pérdidas

Déficit y Tasa Constante (DC)

Inicial y Tasa Constante

Exponencial

Curva Número (CN SCS) Green y Ampt

Consideración de la Humedad del Suelo (SMA)

Déficit y Tasa Constante (DC) por celdas

SMA por celdas

Transformación Lluvia-Caudal

Hidrograma Unitario de Clark

Onda Cinemática

ModClark (Clark Modificado)

Hidrograma Unitario SCS

Hidrograma Unitario especificado por el usuario

Hidrograma en S del usuario

Flujo Base

Recesión restringida

Constante mensual

Depósito lineal Recesión

Recesión

Tabla 3.4: Métodos de cálculo para Ríos

Tipo de

Cálculo Método

Ruteo

Onda Cinemática

Tiempo de Retardo

Puls Modificado

Musckingum

Musckingum - Cunge

32



Tabla 3.5: Descripción de los Métodos incluidos en el Modelo Meteorológico

Métodos de Precipitación Descripción

Tormenta Asociada a

Frecuencia

Se usa para desarrollar un evento de precipitación donde los

volúmenes correspondientes a distintas duraciones tienen una

probabilidad de excedencia consistente.

Pluviómetros con Pesos Este método aplica pesos definidos por el usuario a los

pluviómetros que el usuario desee.

Precipitaciones por Celdas Este método permite usar productos con precipitación por

celdas, como por ejemplo los datos Radar.

Inversa de la Distancia Se usa para calcular la precipitación media en una aplicando una

ponderación basada en la inversa de la distancia al cuadrado.

Tormenta del SCS Este método aplica una distribución temporal tipo SCS a un

volumen total de lluvia en 24 horas.

Hietograma Especificado Este método aplica un hietograma definido por el usuario a un

elemento de subcuenca.

Tormenta del Proyecto

Estándar

Este método aplica una distribución temporal a un volumen

índice de precipitación (este índice se extrae de un Manual del

Corps of Engineers y es válido sólo para los Estados Unidos).

Actualmente este método no se utiliza.

3.2.3 Componentes de las Especificaciones de Control

Las especificaciones de control se refieren al tiempo de duración de la simulación,

incluyendo también fecha y hora de comienzo, y fin del proyecto e intervalo de cálculo.

3.2.4 Componentes de la Entrada de Datos

Se requieren como condiciones de contorno o parámetros en los modelos de la cuenca y

meteorológicos, datos de series temporales, pares de datos y datos por celdas (ver Tabla

3.6). Los datos por celdas deben referenciarse a un registro HEC-DDS existente.

Los datos pueden ser ingresados al programa manualmente o bien referenciados a un

registro de fichero en formato HEC-DSS [35]

.

33



Tabla 3.6: Componentes de los Datos de Entrada

Series Temporales de

Datos Pares de Datos Datos por Celdas

Precipitaciones Relaciones de Almacenamiento-Caudal de Descarga Precipitación

Caudal de Descarga Relaciones de Altura-Almacenamiento Temperatura

Limnímetros Relaciones de Altura-Área Radiación Solar

Temperatura Relaciones de Altura-Caudal de Descarga Coeficiente de Cultivo

Radiación Solar Relaciones de Caudal de Entrada-Derivación Capacidad de Almacenamiento

Coeficientes de Cultivo Secciones Transversales Tasa de Percolación

Hidrograma Unitario Coeficientes de Almacenamiento

Curvas de Porcentaje Déficit de Humedad

Funciones de Tasa de Derretimiento Área Impermeable

Funciones de Tasa de Contenido de Frío Curva Número SCS

Patrones de Derretimiento del Suelo Alturas

Patrones de Evaporación Contenido de Frío

Patrones de Tasa de Derretimiento Contenido de Frío ATI

Tasa de Derretimiento ATI

Contenido de Agua Líquida

Equivalente de Agua de Nieve

3.2.5 Interfaz de usuario

La interfaz de usuario consiste en una barra de menú, barra de herramientas y cuatro

paneles principales:

Explorador de Cuenca

Escritorio

Editor de Componentes

Registro de Mensajes

34



3.3 Componentes de HEC-GeoHMS

HEC-GeoHMS es una extensión para Arc-View 3.2 y ha sido desarrollado como un grupo

de herramientas hidrológicas Geoespaciales. La ventaja que tiene este Sistema de

Información Geográfica (SIG), es que permite al usuario crear rápidamente entradas

hidrológicas a través de sus interfaces, menús y herramientas, las cuales pueden usarse

directamente con HEC-HMS. Permite visualizar información espacial, documentar

características de la cuenca, realizar análisis espaciales, delinear cuencas y ríos, además de

construir las entradas para modelos hidrológicos.

3.3.1 Procesamiento de la Cuenca Utilizando Arc-View 3.2

En esta etapa se utiliza la extensión HEC-GeoHMS [33]

para Arc-View 3.2., para lo cual

previamente se preparan y compilan los datos del terreno, y luego se procesan los datos de

la cuenca. Los datos necesarios para utilizar HEC-GeoHMS, incluyen un modelo digital de

elevaciones (DEM), la localización digital de los cauces y de las estaciones de aforo.

Se tomó la cuenca digitalizada [22]

a partir de la Carta I.G.M. (1:50.000), con elevación para

cada elemento de grilla de 100 x 100 Km. Estas elevaciones representan el punto central de

cada elemento, y se usan para definir la elevación de los elementos de río adyacentes, lo

que permite determinar las direcciones del flujo o caudal.

Concluida la preparación de los datos para el área de estudio y cargada la cuenca a trabajar,

HEC-GeoHMS procesa el terreno, y con la información espacial se genera una serie de

entradas hidrológicas. Se agregan además, las Estaciones Fluviométricas, las Estaciones

Pluviométricas, los Ríos y los Embalses, ver Figura 3.2.

35



Figura 3.2: Cuenca del Río Elqui, con sus Ríos, Embalses, y Red de Estaciones

Fluviométricas y Pluviométricas

Los parámetros hidrológicos son posibles de estimar, a partir de las características de la

cuenca y los cauces, precipitación medida y datos de caudales. Además, se pueden

modificar los elementos hidrológicos y su conectividad con el fin de representar fielmente

las condiciones reales.

Finalizado este proceso, se configura el Modelo Hidrológico para la Cuenca del Río Elqui,

seleccionando puntos de entrada y de salida del modelo. Se genera de esta manera, el área

de estudio, ver Figura 3.3.

36



Figura 3.3: Área de Estudio para la Modelación Hidrológica de la Cuenca del Río Elqui

La Modelación Hidrológica se realizará para la Subcuenca del Río Turbio, considerando

como punto de entrada el Embalse La Laguna y como punto de salida la Estación de Aforo

Turbio en Varillar. Los elementos hidrológicos, subcuencas, estaciones fluviométricas y

pluviométricas presentes en esta zona se muestran en detalle en la Figura 3.4.

Se debe realizar el acondicionamiento del área de estudio con el fin de obtener un modelo

óptimo de analizar. De esta forma, se fusionan cuencas pequeñas utilizando el comando

Basin Procesing. Además, se utiliza el comando Basin Characteristics para obtener las

características de la Cuenca y de su Red de Drenaje, así como: Longitud de los Cauces,

Centroíde de las Subcuencas, Camino más largo del Flujo, Camino del flujo desde el

Centroíde.

37



Figura 3.4: Subcuenca del Río Turbio, con sus Ríos, Embalse, Estaciones Fluviométricas

y Pluviométricas

Con estas funciones descritas del programa se obtiene entonces, el Modelo de Cuenca del

Río Turbio, ver Figura 3.5.

El programa genera una tabla, denominada Tabla de Atributos, en la cual se visualizan las

características para cada subcuenca presente en el área de estudio, entre ellas: área,

perímetro, elevación centroíde, flujo más largo y pendiente.

Para el caso de la Cuenca del Río Turbio, se presenta en la Tabla 3.7, un extracto de la tabla

original entregada por la extensión Arcview para HEC-GeoHMS.

38



Figura 3.5: Modelo de Cuenca del Río Turbio

Tabla 3.7: Extracto de Tabla de Atributos, para el Modelo de Cuenca del Río Turbio

Subcuenca Área

(km2)

Perímetro

(m)

Elevación

(m)

Centroíde

(m)

Flujo más largo

(m)

Pendiente

(%)

R60W10 910,6 215,0 3853,6 32145,1 69239,9 39,4

R150W100 400,6 154,6 1719,4 10609,8 51597,3 50,3

R160W160 343,7 125,2 4012,7 12391,2 33287,7 54,2

R200W130 476,0 152,2 4079,8 24762,2 50601,4 35,5

R190W190 267,0 105,8 1901,1 16732,8 34013,2 50,2

R240W240 242,9 97,0 3924,9 16512,5 36487,7 50,4

R260W260 517,1 167,2 3599,5 18919,6 47540,4 46,4

R310W310 460,6 136,6 4133,2 23359,3 49897,3 47,6

R500W500 469,7 156,0 3768,5 3755,6 32943,4 46,0

39



Se ejecutan las entradas para HEC-HMS, realizando los siguientes pasos: Autonombrado

de tramos de cauces; Autonombrado de cuencas; Unidades del Mapa a HMS; Control de

los datos de HMS; Esquema de la Cuenca para HEC-HMS; Leyenda de HMS; Agregar

coordenadas; Archivo de Mapa de fondo; Modelo de la Cuenca Agregado. Con lo que se

obtiene finalmente, el Modelo Hidrológico de la Cuenca del Río Turbio para HMS Proyect

Setup, ver Figura 3.6.

Figura 3.6: Entrada del Modelo de Cuenca del Río Turbio para HEC-HMS

3.4 Análisis Hidrológico para la Cuenca Del Río Turbio Utilizando HEC-HMS

Esta etapa comienza con la creación del Modelo Hidrológico, el cual se genera de los pasos

descritos anteriormente. Cabe señalar, que el Modelo de la Cuenca del Río Turbio utilizado

es representativo con las características reales de la Cuenca del Río Elqui.

40



3.4.1 Recopilación y Procesamiento de Datos Necesarios para HEC-HMS

Para llevar a cabo el Análisis Hidrológico, es necesario realizar una recopilación de datos e

información requerida para el modelo, con el fin de crear una base de datos necesaria para

la aplicación del Modelo de Simulación Hidrológica HEC-HMS en la Cuenca del Río

Elqui.

Se recopila información correspondiente a los registros históricos de las distintas estaciones

hidrometeorológicas (pluviometría, fluviometría y temperatura) existentes en la Cuenca del

Río Elqui, las cuales fueron facilitados por la Dirección General de Aguas (DGA) [16]

, la

Junta de Vigilancia del Río Elqui [17]

y el profesor Dr. (c) Ing. Edmundo González [22]

.

Luego se procesan los datos y se generan series de datos mínimos y máximos para cada año

utilizado en el análisis. La preparación de los datos de entrada es un componente

sumamente importante en los procesos de calibración y validación del modelo, por lo tanto

se requiere calidad en los datos de entrada.

3.4.1.1 Datos de Pluviometría

Se recopilaron datos de precipitaciones, los cuales consisten en lecturas diarias obtenidas de

estaciones meteorológicas distribuidas a lo largo de la Cuenca del Río Elqui. En la Tabla

3.8, se indican los datos relevantes de cada estación, tales como el Código del Banco

Nacional de Aguas [16]

, la Altitud a la cual se encuentran, y las coordenadas UTM y

Geográficas.

Cabe señalar, que el periodo de años de datos varía según el año de operación de cada

estación, para este estudio se consideraron los datos comprendidos entre los años 1980 y

2000.

41



Tabla 3.8: Estaciones Pluviométricas Cuenca del Río Elqui

N° ESTACIÓN

CÓDIGO ALTITUD COORDENADAS COORDENADAS

UTM GEOGRÁFICAS

BNA m.s.n.m. NORTE ESTE LATITUD LONGITUD

(m) (m) (S) (W)

1 Embalse La Laguna 04301050-6 3100 6658664 399930 30° 12' 70° 02'

2 Huanta 04306050-3 1240 6697800 365974 29° 50' 70° 23'

3 Rivadavia 04308050-4 850 6682999 349571 29° 58' 70° 34'

4 La Ortiga 04311052-7 1560 6657355 356759 30° 12' 70° 29'

5 Cochiguaz 04313050-1 1560 6664968 364824 30°08' 70° 24'

6 Monte Grande 04314050-7 1155 6670207 356050 30° 05' 70° 30'

7 Almendral 04323050-6 430 6681809 316517 30° 09' 70° 54'

8 La Serena Esc. Agrícola 04335050-1 15 6689520 282204 29° 54' 71° 15'

9 Juntas del Toro 04301052-2 2155 6683648 394637 29° 58' 70° 05'

Fuente: Banco Nacional de Aguas, Dirección General de Aguas, 2008.

3.4.1.2 Datos de Fluviometría

Se recopilaron los datos de Fluviometría de las 9 estaciones, distribuidas a lo largo de la

Cuenca del Río Elqui. En la Tabla 3.9, se indican los datos relevantes de cada estación,

tales como el Código del Banco Nacional de Aguas [16]

, la Altitud a la cual se encuentran, y

las coordenadas UTM y Geográficas.

Al igual que en la información recopilada para las estaciones Pluviométricas, el rango de

datos utilizados corresponde al periodo de 1980 y 2000. Los caudales obtenidos fueron

42



procesados para la calibración y validación del modelo, lo cual será explicado más

adelante.

Tabla 3.9: Estaciones Fluviométricas Cuenca del Río Elqui

Nª ESTACIÓN CÓDIGO

BNA

ALTITUD

m.s.n.m. LATITUD LONGITUD

ÁREA

Km2

TIPO

INSTRUMENTO

1 Río La Laguna - Salida

Embalse 04301002-6 3130 30° 12' 70° 2' 560 Limnigráfica

2 Río Toro en Junta Río del Toro 04302001-3 2050 29° 58' 70° 5' 426,7 Limnigráfica

3 Río Turbio en Varillar 04308001-6 860 29° 57' 70° 32' 4148 Limnigráfica y

Datalogger

4 Río Cochiguaz en El Peñon 04313001-3 1360 30° 7' 70° 25' 440 Limnigráfica

5 Estero Derecho en Alcohuaz 04311001-2 1645 30° 13' 70° 29' 325 Limnigráfica

6 Río Claro en Rivadavia 04314002-7 820 29° 59' 70° 33' 1502 Limnigráfica y

Datalogger

7 Río Elqui en Algarrobal 04320001-1 760 30° 0' 70° 35' 5729 Satelital

8 Río Elqui en Almendral 04323001-8 395 29° 59' 70° 54' 6681 Limnigráfica y

Datalogger

9 Río Elqui en La Serena 04335001-3 20 29° 53' 70° 15' 9794 Limnimétrica

Fuente: Banco Nacional de Aguas, Dirección General de Aguas, 2008.

3.4.1.3 Datos de Temperaturas

Los datos recopilados de temperatura, se obtuvieron de las estaciones meteorológicas

nombradas y mostradas anteriormente en el punto 3.4.1.1.

43



3.4.2 Series Temporales de Datos para la Cuenca del Río Turbio

Para el Área de estudio, es decir, la Cuenca del Río Turbio, se procesó la información

obteniendo una Base de Datos específica para esta zona de la Cuenca del Río Elqui.

En esta base de datos, que se muestra en el Anexo 1 del Capítulo 9, se consideraron las

estaciones que físicamente se encuentran ubicadas al interior de esta cuenca, con respecto a

los datos de:

Pluviometría y Temperatura, se ocuparon 4 estaciones meteorológicas, las cuales

son, El Indio, La Laguna, Huanta y Juntas del Toro, utilizando la información

registrada entre el periodo de 1980 al año 2000.

Fluviometría, se utilizaron 2 estaciones distribuidas a lo largo de la Subcuenca del

Río Turbio, las cuales corresponden a estación La Laguna y Turbio en Varillar, esta

información fue obtenidas a través de lecturas diarias a distintas horas del día para

el periodo de 1980 al año 2000, generándose un archivo con los promedios diarios

de cada estación.

Evapotranspiración, esta información que es importante para el cálculo de

escorrentía y corresponde a los datos diarios de 4 estaciones meteorológicas. De

esta manera, se confeccionó un archivo con los promedios mensuales para cada una

de las estaciones, El Indio, La Laguna, Huanta y Juntas del Toro, para el período de

1990 al año 2000.

Finalmente, se confeccionó un archivo HEC-DSS (Data Storage System) con las Series

Temporales de Temperaturas, de Precipitación, de Evapotranspiración y de Flujo para la

Cuenca del Río Turbio, las cuales serán ingresados a través de un registro al Modelo

Hidrológico en el programa HEC-HMS.

44



4 MODELO DE CUENCA DEL RÍO TURBIO

4.1 Introducción

En el presente capítulo, se describe la Simulación Hidrológica utilizada para la Cuenca del

Río Turbio. Cabe recordar, que la aplicación de HEC-Geo HMS [33]

permite la construcción

del modelo basado en las características físicas de la cuenca, la delineación de las

subcuencas y el cálculo de los centroídes. Además, conecta los elementos hidrológicos en

la red dendrítica, simulando los procesos de escorrentía.

Como se mencionó anteriormente, el objetivo fundamental en una simulación es determinar

la transformación de Precipitación – Escorrentía dada la entrada de un Modelo

Meteorológico, en otras palabras, es convertir las condiciones atmosféricas en flujo para

distintos lugares de la cuenca. De esta manera, el análisis para el área de estudio a través

del programa HEC-HMS utilizará un Modelo de Cuenca; un Modelo Meteorológico;

Especificaciones de Control; Series de Datos de Precipitación, Caudales de Descarga y

Temperatura; y finalmente Pares de Datos de Funciones de Tasa de Derretimiento y Tasa

de Contenido de Frío, lo cuales serán descritos a continuación.

4.2 Modelos Ingresados a HEC-HMS

En este subcapítulo, se describe la Modelación Hidrológica de la Cuenca del Río Turbio

construido en HEC-HMS, el cual se genera considerando las condiciones existentes un

Modelo de Cuenca y un Modelo Meteorológico.

45



4.2.1 Modelo de Cuenca

La representación física del área de estudio se consigue a través de un Modelo de Cuenca.

Los elementos hidrológicos son utilizados para separar la cuenca hidrográfica en áreas

manejables, las cuales se conectan a través de una red dendrítica representando el sistema

de corriente [34]

.

Para el Modelo de Cuenca, según Figura 4.1, se carga un mapa de fondo que resulta de la

modelación utilizando HEC-GeoHMS [33]

, con el fin de ubicar espacialmente los Elementos

Hidrológicos, descritos en Tabla 4.1, dentro del área de estudio.

Figura 4.1: Modelo de Cuenca del Río Turbio, HEC-HMS

46



Tabla 4.1: Elementos Hidrológicos del Modelo de Cuenca del Río Turbio

Elementos Hidrológicos

Subcuencas Ríos Unión Fuente

R150W100 R150 JR150 Source - 1

R160W160 R170 JR170

R190W190 R190 JR190

R200W130 R240 JR240

R240W240 R260 JR260

R260W260 R300 JR300

R310W310 R350 Outlet

R60W10

4.2.1.1 Metodología y Parámetros usados para los Elementos Hidrológicos de la

Cuenca del Río Turbio.

La metodología de cálculo y los parámetros utilizados en la presente modelación, son

descritos a continuación para cada uno de los Elementos Hidrológicos (subcuencas, ríos,

uniones, punto de salida y fuente).

4.2.1.1.1 Elemento Hidrológico: Subcuencas

El Modelo de Cuenca utilizando HEC-HMS, requiere del ingreso de tres métodos de

cálculo seleccionados para cada elemento: de Pérdidas o Infiltración, de Transformación y

de Flujo Base. En la Tabla 4.2, se señala el método de cálculo considerado para cada uno

de los Elementos Hidrológicos de Subcuencas.

Según el método seleccionado y el resultado del análisis hidrológico realizado previamente

para el área de estudio, se deben ingresan los parámetros respectivos para cada Elemento

Hidrológico de Subcuencas.

47



Tabla 4.2: Métodos de Cálculo para cada Elemento Hidrológico de Subcuencas

SUBCUENCA LOSS

METHOD

TRANSFORM

METHOD

BASE FLOW

METHOD

R150W100 Soil Moisture Clark Unit

Linear Reservoir Acconting Hydrograph


Linear Reservoir Accounting Hydrograph




Constant Monthly Accounting Hydrograph




No Base Flow Accounting Hydrograph


Constant Monthly Accounting Hydrograph



a) Método de Pérdida o Infiltración

Para calcular las pérdidas por infiltración en la Cuenca del Río Turbio, se eligió el Método

SMA (Soil Moisture Accounting), el cual fue creado a partir del Sistema Modelador de

Precipitación – Escorrentía [32]

y será descrito con más detalles en el Anexo 2 del Capítulo

9.

Este método representa la cuenca hidrográfica con una serie de estratos de almacenamiento.

Considera la humedad del suelo y simula el movimiento de agua en capas superficiales y el

almacenamiento en la vegetación, en la superficie del suelo y en estratos de aguas

subterráneas.

48



Dada la precipitación y la evapotranspiración potencial, el método calcula la escorrentía de

la superficie de la cuenca, el flujo de agua subterránea, las pérdidas debido a la

evapotranspiración potencial y, la percolación profunda sobre toda la cuenca.

En las Tablas 4.3 y 4.4, se detallan los parámetros de almacenamiento utilizados en el

Modelo de la Cuenca del Río Turbio en HEC-HMS, para el Método de Infiltración SMA.

Cabe señalar, que en esta modelación no se considera la existencia de un segundo acuífero.


Soil Moisture Acconting (SMA)

Subcuenca R150W100 R160W160 R190W190 R200W130

Canopy (%) 0 0 30 0

Surface (%) 0 0 90 0

Soil (%) 100 100 100 100

Groundwater 1 (%) 100 100 100 100

Groundwater 2 (%) 0 0 0 0

Canopy Storage (mm) 0 0 5 0

Surface storage (mm) 0 0 80 0

Max. Infiltration

(mm/h) 100 100 150 100

Impervious (%) 20 20 12 29

Soil storage (mm) 200 150 200 200

Tension Storage (mm) 70 70 50 80

Soil Percolation (mm/h) 0,5 0,6 0,4 1

GW1 Storage (mm) 100 60 100 120

GW1 Percolation

(mm/h) 0 0 0 0

GW1 Coefficient (h) 400 350 300 180

GW2 Storage (mm) 0 0 0 0

GW2 Percolation

(mm/h) 0 0 0 0


49




Soil Moisture Acconting (SMA) (continuación)

Subcuenca R240W240 R260W260 R310W310 R60W10

Canopy (%) 0 0 0 0

Surface (%) 0 0 0 0

Soil (%) 100 100 100 60

Groundwater 1 (%) 100 100 100 0

Groundwater 2 (%) 0 0 0 0

Canopy Storage (mm) 0 0 0 0

Surface storage (mm) 0 0 20 0

Max. Infiltration

(mm/h) 100 100 100 100

Impervious (%) 20 300 20 20

Soil storage (mm) 150 200 150 200

Tension Storage (mm) 70 100 50 100

Soil Percolation (mm/h) 0,6 1 1 0

GW1 Storage (mm) 60 100 30 0

GW1 Percolation

(mm/h) 0 0 0 0


GW2 Storage (mm) 0 0 0 0

GW2 Percolation

(mm/h) 0 0 0 0


b) Método de Transformación Precipitación - Escorrentía

Para el cálculo de la transformación de precipitación en escorrentía, en el Modelo de

Cuenca del Río Turbio, se utilizó el Método del Hidrograma Unitario de Clark (Clark Unit

Hidrograph). Este método emplea dos parámetros para cada uno de los Elementos

Hidrológicos de Subcuenca: Tiempo de Concentración (Time of Concentration, tc en

horas) y Coeficiente de Almacenamiento (Storage Coefficient, R en horas), ver Tabla 4.5.

Este método, calcula un valor adimensional que varía entre 0 y 1 y se refleja un sistema de

depósitos lineales, los cuales pueden atenuar la forma del Hidrograma. Cuando el valor es

cercano a cero, se produce un peack instantáneo alto; en cambio cuando el valor es cercano

a uno, el peack es menor y el hidrograma es más ancho.

50




Clark Unit Hidrograph

Subcuenca Time of Concentration

(hr)

Storage Coefficient

(hr)

R150W100 8 300

R160W160 6 350

R190W190 6 300

R200W130 6 300

R240W240 6 300

R260W260 6 350

R310W310 6 350

R60W10 10 350

c) Métodos de Flujo Base

Si bien un elemento de subcuenca conceptualmente se representa por la infiltración,

escorrentía superficial y subterránea, procesos que interactúan juntos; actualmente la

escorrentía subterránea es calculada mediante el método de flujo base seleccionado para

cada elemento.

HEC-HMS, proporciona cuatro métodos diferentes, algunos están diseñados principalmente

para la simulación de eventos, mientras que otros son destinados a una simulación continua.

En la modelación cada subcuenca puede utilizar un método diferente o varias subcuencas

pueden utilizar el mismo método.

En este caso, para el Modelo de Cuenca del Río Turbio se utilizaron dos métodos para el

cálculo del flujo base: Linear Reservoir y Constant Monthly, y los parámetros considerados

para cada método se presentan en las Tabla 4.6 y Tabla 4.7 respectivamente.

51




Linear Reservoir

. R150W100 R160W160 R190W190 R240W240 R60W10

Initial Tipe Discharge Discharge Discharge Discharge Discharge

GW 1 Initial [m3/s] 0 0 0 0 0

GW 1 Coefficient 250 170 400 170 210

GW 1 Reservoir 24 30 17 30 26

GW 2 Initial [m3/s] - - - - -

GW 2 Coefficient - - - - -

GW 2 Reservoir 1 1 1 1 1


Constant Monthly

R200W130 R310W310

Enero [m3/s] 0,4 0,4

Febrero [m3/s] 0,4 0,4

Marzo [m3/s] 0,4 0,4

Abril [m3/s] 0,4 0,4

Mayo [m3/s] 0,4 0,4

Junio [m3/s] 0,4 0,4

Julio [m3/s] 0,4 0,4

Agosto [m3/s] 0,4 0,4

Septiembre [m3/s] 0,4 0,4

Octubre [m3/s] 0,4 0,4

Noviembre [m3/s] 0,4 0,4

Diciembre [m3/s] 0,4 0,4

4.2.1.1.2 Elemento Hidrológico: Ríos

Un río es un elemento con una o varias entradas, y sólo una salida. En el caso de existir más

de una entrada, se suman todos los ingresos antes de calcular el flujo de salida. El caudal de

salida se calcula seleccionando los métodos disponibles.

52



Para los siete Elementos Hidrológicos de ríos, se consideraron los siguientes métodos de

cálculo (ver Tabla 4.8) y parámetros (ver Tablas 4.9 y 4.10) ingresados en HEC-HMS para

el área de estudio.

Muskingum-Cunge, se basa en la combinación de la Conservación de Masa y la

representación de la difusión de la Conservación de Momentum. Los parámetros de ruteo

consideran las propiedades del canal y la profundidad del flujo.

Tabla 4.8: Métodos de cálculo para cada Elemento Hidrológico de Ríos

RÍOS ROUTING METHOD LOSS GAIN METHOD

R150 MUSKINGUM CUNGE NONE







Tabla 4.9: Parámetros ingresados para cada Elemento Hidrológico de Ríos

Parámetros R150 R170 R190 R240

Largo [m] 16505 3000 20451 18700

i[m/m] 0,02 0,02 0,015 0,023

Manning 0,053 0,05 0,05 0,06

Invert [m] 0,05 - - -

Forma Trapezoidal Trapezoidal Trapezoidal Trapezoidal

Ancho Base [m] 12 10 12 10

Talud [h:v] 6 5 6 5

53



Tabla 4.10: Parámetros ingresados para cada Elemento Hidrológico de Ríos

(continuación)

Parámetros R260 R300 R350

Largo [m] 5135 19311 25010

i[m/m] 0,031 0,02 0,032

Manning 0,065 0,055 0,065

Invert [m] - - -

Forma Trapezoidal Trapezoidal Trapezoidal

Ancho Base [m] 10 10 10

Talud [h:v] 4 5 4

4.2.1.1.3 Elemento Hidrológico: Uniones

En el modelo de cuenca, se generaron siete Elementos Hidrológicos de uniones, para los

cuales no se consideraron flujos observados ni de referencia.

4.2.1.1.4 Elemento Hidrológico: Salida

Para el Elemento Hidrológicos de Salida, se consideró en el modelo de la Cuenca del Río

Turbio, la Estación de Aforo Turbio en Varillar.

4.2.1.1.5 Elemento Hidrológico: Fuente

Finalmente, para el Modelo de Cuenca se considera el Elemento Hidrológico de Fuente el

Embalse La Laguna.

54



4.2.2 Modelo Meteorológico

El Modelo Meteorológico, el cual se visualiza en HEC-HMS como “Met 1”, es uno de los

principales componentes de un proyecto de simulación hidrológica. Tiene como finalidad

preparar las condiciones meteorológicas del límite para las subcuencas. Considera en

conjunto, para cada una de las ocho subcuencas, los procesos de precipitación,

evapotranspiración y derretimiento de nieve.

A continuación, se detallan los métodos empleados en la simulación para cada uno de los

tres procesos mencionados anteriormente. La elección de ellos depende de las condiciones

presentes en el área de estudio y la información existente, con el fin de modelar

correctamente cada uno de los elementos presentes en la simulación.

4.2.2.1 Precipitación

Como es posible visualizar en el Modelo de Cuenca obtenido para este Estudio, Cuenca del

Río Turbio, se consideran 8 Subcuencas y 4 estaciones, por lo tanto los datos de

precipitaciones ingresados deben ser distribuidos según la influencia dentro del área de

cada subcuenca.

De esta manera, existe la posibilidad de que una cuenca reciba precipitaciones de una o más

estaciones distintas, asignándole en el programa el porcentaje de intervención de cada una

de ellas en dicha cuenca, este método se denomina “Pluviómetros por Pesos”, y aplica

pesos definidos por el usuario a los pluviómetros que el usuario desee o mediante el uso de

Polígonos de Thiessen.

El Modelo de Precipitación, será presentado en las Tablas 4.11 y 4.12, por estaciones

ubicadas en la Cuenca del Río Turbio y los valores asignados a cada elemento hidrológico

de Subcuenca se muestran en las Tablas 4.13 y 4.14.

55



Tabla 4.11: Selección de uso de estaciones para cada Subcuenca

R150W100 R160W160 R190W190 R200W130

El Indio si si no si

Huanta si si si no

Juntas no si no si

La Laguna no no no no

Tabla 4.12: Selección de uso de estaciones para cada Subcuenca (continuación)

R240W240 R260W260 R310W310 R60W10

El Indio si no no si

Huanta no no no si

Juntas si si si no

La Laguna no si si no

Tabla 4.13: Porcentaje asignado por estaciones para cada Subcuenca

R150W100 R160W160 R190W190 R200W130

El Indio 0,2807 0,0932 0 0,6376

Huanta 0,7193 0,6637 1 0

Juntas 0 0,2431 0 0,3625

La Laguna 0 0 0 0

Tabla 4.14: Porcentaje asignado por estaciones para cada Subcuenca (continuación)

R240W240 R260W260 R310W310 R60W10

El Indio 0,1161 0 0 0,7376

Huanta 0 0 0 0,2624

Juntas 0,8888 0,4744 0,4032 0

La Laguna 0 0,5256 0,5968 0

56



4.2.2.2 Evapotranspiración

En el Modelo de Cuenca, como método de evapotranspiración se considera la Tasa

Potencial de Evapotranspiración. Esta corresponde a los valores de promedios mensuales

proporcionados por el profesor Dr. (c) Ing. Edmundo González [22]

ponderados con un

coeficiente fijo de 0,75 y por el porcentaje de influencia de la estación. Se obtiene entonces,

un valor mensual para cada subcuenca perteneciente a la Cuenca del Río Turbio, ver Tablas

4.15 y 4.16.


R150W100 R160W160 R190W190 R200W130

Enero 216,419 215,986 226,45 213,363

Febrero 202,226 197,261 207547 198,394

Marzo 74,72 173,692 183,526 173,964

Abril 123,367 123,553 134,84 123,966

Mayo 73,251 76,342 87,799 74,706

Junio 16,26 52,689 73,457 14,748

Julio 13,743 47,353 70,492 13,261

Agosto 22,935 68,193 92,959 17,594

Septiembre 31,382 88,386 114,692 22,046

Octubre 43,423 117,587 144,295 28,576

Noviembre 149,348 145,093 157,311 149,026

Diciembre 193,931 192,915 204,118 192,069

57




(continuación)

R240W240 R260W260 R310W310 R60W10

Enero 215,986 213,363 200,221 216,002

Febrero 197,261 198,394 183,284 201,959

Marzo 173,692 173,964 160,109 174,954

Abril 123,553 123,966 114,199 123,919

Mayo 76,342 74,706 70,205 73,797

Junio 52,689 14,748 53,102 13,607

Julio 47,353 13,261 48,06 11,659

Agosto 68,193 17,594 70,743 18,027

Septiembre 88,386 22,046 90,871 25,067

Octubre 117,587 28,576 119,376 34,2

Noviembre 145,093 149,026 134,161 150,045

Diciembre 192,915 192,069 178,873 193,913

4.2.2.3 Derretimiento de Nieve

El deshielo o derretimiento de nieve, es el tercer componente dentro del modelo

meteorológico.

El método utilizado es el Índice de Temperatura, ya que es considerado como el mejor

índice de transferencia de calor asociado a los procesos de deshielo. Utiliza la temperatura

para determinar si la precipitación calculada previamente fue lluvia o nieve liquida. La

acumulación y el derretimiento de la capa de nieve es simulada en respuesta a las

condiciones atmosféricas, y la salida del modelo es el agua líquida superficial disponible en

la subcuenca.

El Método Índice de Temperatura es una extensión del enfoque Grado-Día para modelar

una capa de nieve, incluye una representación conceptual de la energía almacenada en el

elemento con las condiciones registradas y factores para el cálculo del punto de fusión por

sobre cada cero grado. Dado que la temperatura y otras condiciones hidrológicas varían

continuamente durante el día, la temperatura media diaria es el índice de temperatura

58



comúnmente utilizado para el derretimiento de nieve. El factor Grado-Día es un importante

parámetro, y convierte los grados-día para expresar la cantidad de nieve derretida en

profundidad de agua.

La temperatura del aire, también puede ser utilizada para determinar el contenido de frío y

la madurez de la nieve. El contenido de frío, es expresado como mm de agua líquida

equivalente para llevar la temperatura de la nieve a 0°C. Cuando la temperatura media

diaria del aire está por debajo del congelamiento, generalmente se asume que no ocurrirá

derretimiento y con eso la nieve puede perder o ganar energía y contenido de frío como una

función lineal de la diferencia de temperatura entre el aire y la nieve.

Los parámetros y valores considerados en el Método Índice de Temperatura [10]

para el área

de estudio, son los mostrados en la Tabla 4.17.

Tabla 4.17: Parámetros ingresados para el Método de Índice de Temperatura

Parámetros Valor

PX TEMPERATURE [°C] 4

BASE TEMPERATURE [°C] 1,2

WET MELTRATE [mm/°C/dïa] 0

RAIN RATE LIMIT [mm/dïa] 40

ATI-MELTRATE COEFFICIENT 0,43

ATI-MELTRATE FUNCTION Tabla ATI

MELTRATE PATTERN -

COLD LIMIT [mm/dïa] 50

ATI-COLDRATE COEFFICIENT 0,53

ATI-COLDRATE FUNCTION Tabla ATI

WATER CAPACITY [%] 4

GROUNDMELT METHOD Fixed Value

GROUNDMELT [mm/dïa] 0

Nota: Ver valores de ATI en Tablas 4.34 y 4.35.

59



Los parámetros considerados para el Método Índice de Temperatura por HEC-HMS [34]

, se

definen a continuación:

La Temperatura PX o “PX Temperature” (ºC), se utiliza para diferenciar entre la

precipitación que cae en forma de lluvia o nieve. Cuando la temperatura del aire es inferior

que la temperatura especificada, se supone que la precipitación registrada es nieve, en caso

contrario se considera como lluvia.

Se considera como Temperatura Base o “Base Temperature” (ºC), aquella en la

cual la nieve alcanza su isoterma cero y con ello, el comienzo del derretimiento.

Generalmente, este valor es cercano a 0°C (32F).

La diferencia entre la Temperatura Base y la Temperatura de Aire, se define como Índice

de Temperatura para el cálculo del deshielo.

Para calcular la cantidad de deshielo, se multiplica la tasa de derretimiento por el índice de

temperatura. Si la Temperatura del Aire es menor que la Temperatura Base, entonces la

Cantidad de Fusión se supone como cero.

La Tasa de Derretimiento Húmeda o “Wet Meltrate” (mm/ºC/día), representa la

velocidad a la que la nieve se derrite cuando está lloviendo en el sistema. Se aplica cuando

está lloviendo a tasas mayores que la establecida por la tasa límite de lluvia, en el caso de

ser menor se calcula como si no existiera precipitación.

El coeficiente de tasa de derretimiento o “Meltrate”, se extiende generalmente en

valores desde 0,015 hasta 0,550, y es independiente del índice de contenido de frio. En esta

simulación, no se consideró lluvia sobre la nieve, pues es un efecto despreciable.

El Límite de la Tasa de Lluvia o “Rain Rate Limit” (mm/día), determina si el

derretimiento es seco o húmedo.

60



El Coeficiente de Derretimiento ATI o “ATI-Meltrate Coefficient”, corresponde al

factor de temperatura superficial de la nieve que actuara como tasa de derretimiento, siendo

determinado para intervalos de tiempo en aquellos casos en que la tasa es menor a la tasa

limite. Este coeficiente toma valores entre 0,015 y 0,55, y se separa del índice de contenido

de frío.

La Función de Derretimiento ATI o “ATI-Meltrate Function”, se utiliza para

calcular el índice de fusión actual a partir de datos anteriores. Debe definir la tasa de

derretimiento apropiada para todo el rango de valores presentes en la simulación, y pueden

ser ajustados en función de la época del año. Los parámetros utilizados se ingresan en el

administrador de Pares de Datos, ver Tabla 4.34, antes de que pueda ser utilizado en el

Método de Derretimiento de Nieve.

El Límite de Frio o “Cold Limit”, es el parámetro que considera los cambios

bruscos de temperatura a los que se expone la nieve acumulada durante altas tasas de

precipitación. Si la tasa de precipitación es superior al límite de frío especificado, el índice

de temperatura anterior de tasa de contenido de frío o “ATI-Coldrate”, se establece para la

temperatura de la precipitación. En caso contrario, se calcula como un índice de

antecedente. Por otra parte, si la Temperatura es superior a la Temperatura Base, el Índice

de Contenido de Frío se establece para la Temperatura Base. Si la temperatura es menor, se

establece este índice para la temperatura actual.

El Coeficiente de Contenido de Frio ATI o “ATI-Coldrate Coefficient”, corresponde

al factor utilizado para actualizar el índice de contenido de frío anterior desde un intervalo

siguiente.

La Función de Contenido de Frio ATI o “ATI-Coldrate Function”, se utiliza para

actualizar el índice de temperatura anterior de la tasa de contenido de frío al intervalo de

tiempo siguiente. Este valor es independiente al que se utiliza para actualizar la tasa de

derretimiento. La función debe especificarse por separado en el administrador de Pares de

Datos, ver Tabla 4.35, antes de que pueda ser utilizado en el método de derretimiento de

61



nieve. Debe definir la tasa de contenido de frio para todo el rango de valores presente en la

simulación.

La Máxima Capacidad de Agua Líquida o “Water Capacity”, corresponde a la

cantidad de agua derretida que se debe acumular en la capa de nieve, antes que esta llegue a

la superficie del suelo para la infiltración o escorrentía. Normalmente, el máximo de agua

líquida contenida en la capa de nieve es del orden de 3 a 5% del equivalente en nieve,

aunque en algunos casos puede ser mayor.

El agua líquida puede continuar en la nieve aun cuando la temperatura sea 0°C (32F),

momento en el cual el contenido de frio es cero. El valor máximo se ingresa como un

porcentaje del equivalente en agua de nieve.

Cuando la nieve se almacena sobre la superficie de terrenos parcialmente congelados o

descongelados, se produce derretimiento de nieve producido por el calor presente en la

tierra en la cual se asienta.

El método considerado en la simulación, para el derretimiento producido por el

Calor de la Tierra o “Groundmelt”, es un valor fijo dado que la tasa de fusión es

independiente de las condiciones atmosféricas sobre la simulación o la época del año.

Contempla varios parámetros de temperatura, punto de fusión de la nieve, y toma en cuenta

bandas de elevación, las cuales indican al modelo que a cierta altitud se tiene una

temperatura y grado de fusión de la nieve.

Para el almacenamiento de la nieve, se optó por dividir cada subcuenca en bandas de altura

con intervalos de 500 metros. En zonas con topografía montañosa como es el caso de la

Cuenca del Río Turbio, es bastante útil este criterio, dado que estas bandas almacenarán la

nieve en función del descenso de la temperatura a medida que aumenta la elevación. De

esta manera, utilizar bandas de elevación, permite contar con una variación espacial y

temporal de las características físicas e hidrológicas, variables climáticas y respuesta de la

cuenca. La temperatura en las zonas altas es extrapolada usando una tasa de descenso.

62



Este método definido por HEC-HMS [34]

, considera que cada subcuenca puede ser dividida

en una o más bandas de elevación, las cuales a vez cuentan con sus propios parámetros de

datos:

Se especifica el porcentaje o “Percent (%)”, del área total de la subcuenca que

cubre la banda.

Se indica la elevación o “Elevation (m)” promedio, a la cual se ubica la banda.

Se determina la Nieve Equivalente en Agua Inicial o “Initial SWE (mm)”, mediante

interpolación de las mediciones actuales de nieve equivalente en agua. En el caso de no

existir nieve, este valor es cero.

El Contenido de Frio o “Initial Cold Content”, corresponde al contenido de frío

inicial existente al inicio de la simulación. Representa el calor requerido para poner la

temperatura de la nieve a 0ºC. Se expresa como un valor equivalente en mm de agua

congelada. Generalmente, este valor no es conocido en el inicio de la simulación a menos

que no exista nieve, en ese caso se puede establecer en cero. Para el área de estudio, y dado

que en el inicio de la modelación no se considera existencia de nieve, se supone este valor

como 0.

El Agua Líquida Inicial o “Initial Liquid Water”, es el agua líquida mantenida

dentro de la nieve al inicio de la simulación. Debe estar a una temperatura de 0 ºC, en este

punto el contenido de frío es cero. Este valor, generalmente no se conoce al inicio de la

simulación a menos que no exista nieve, en ese caso puede ser cero. Si se conoce el

contenido de frío en el inicio de la simulación, este valor se puede ajustar a cero.

El índice de temperatura anterior del Contenido de FrioIinicial o “Initial Cold

Content ATI (°C)”, este valor debe ser ajustado a la temperatura superficial inicial de la

nieve al inicio de la simulación. Si la temperatura inicial no es conocida, este parámetro

puede ajustarse a 0°C.

63



El índice de temperatura anterior del Derretimiento Inicial o “Initial Melt ATI

(°C)”, si no existe nieve sobre el suelo al inicio de la simulación, este valor puede ajustarse

a 0(°C*día).

A continuación, se presentan las bandas de elevación para cada elemento de subcuenca,

indicando los valores ingresados en la simulación del área de estudio, ver Tablas 4.18, 4.19,

4,20, 4.21, 4.22, 4.23, 4.24, 4.25, 4.26, 4.27, 4.28, 4.29, 4.30, 4.31, 4.32 y 4.33.


R150W100

R150W100 Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 Band 5

Percent (%) 5,89 8,72 10,143 12,31 17,894

Elevation (m) 1250 1750 2250 2750 3250

Initial SWE (mm) 0 0 0 0 0

Initial Cold Content (mm) 0 0 0 0 0

Initial Liquid Water (mm) 0 0 0 0 0

Initial Cold Content ATI (mm) 0 0 0 0 0

Initial Melt ATI (mm) 0 0 0 0 0


R150W100 (continuación)

R150W100 Band 6 Band 7 Band 8 Band 9

Percent (%) 24,7 15,53 4,31 0,47

Elevation (m) 3750 4300 4850 5400

Initial SWE (mm) 0 0 0 0

Initial Cold Content (mm) 0 0 0 0

Initial Liquid Water (mm) 0 0 0 0

Initial Cold Content ATI (mm) 0 0 0 0

Initial Melt ATI (mm) 0 0 0 0

64




R160W160


Percent (%) 1,52 8,45 13,92 16,34 17,46

Elevation (m) 1000 1500 2000 2500 3000









Percent (%) 25,44 14,6 2,04 0,22

Elevation (m) 3500 4000 4600 5100







R190W190


Percent (%) 4,01 17,4 19,95 16,44

Elevation (m) 750 1000 1500 2250






65






Percent (%) 19,67 13,6 8,3 0,63

Elevation (m) 2750 3250 3750 4300







R200W130


Percent (%) 2,49 11,3 16,85 27,13

Elevation (m) 2250 2750 3250 3750








R200W130 Band 5 Band 6 Band 7

Percent (%) 30,37 10,94 0,92

Elevation (m) 4300 4850 5350

Initial SWE (mm) 0 0 0

Initial Cold Content (mm) 0 0 0

Initial Liquid Water (mm) 0 0 0

Initial Cold Content ATI (mm) 0 0 0

Initial Melt ATI (mm) 0 0 0

66




R240W240


Percent (%) 1,02 8,3 13,5 16,7 17,9

Elevation (m) 1000 1500 2000 2500 3000









Percent (%) 26,4 14,9 1,01 0,27

Elevation (m) 3500 4000 4600 5100







R260W260


Percent (%) 1,91 6,56 15,36 30,2

Elevation (m) 2250 2750 3250 3750






67






Percent (%) 29,92 11,95 3,25 0,89

Elevation (m) 4300 4850 5400 5950







R310W310


Percent (%) 1,03 4,46 10,87 19,62

Elevation (m) 1750 2250 2750 3250








R310W310 Band 5 Band 6 Band 7

Percent (%) 39,05 23,77 1,23

Elevation (m) 3750 4300 4850

Initial SWE (mm) 0 0 0

Initial Cold Content (mm) 0 0 0

Initial Liquid Water (mm) 0 0 0

Initial Cold Content ATI (mm) 0 0 0

Initial Melt ATI (mm) 0 0 0

68




R60W10


Percent (%) 3,12 4,97 10,47 20,49 29,77

Elevation (m) 1250 1750 2250 2750 3250









Percent (%) 18,76 9,78 2,64 0,01

Elevation (m) 3750 4300 4850 5400






4.3 Especificaciones de Control

Las especificaciones de control se refieren al tiempo de duración de la simulación,

incluyendo también fecha y hora de comienzo y, fin del proyecto e intervalo de cálculo.

Para realizar la modelación de la Cuenca del Río Turbio, se establecen cuatro controles, el

primero de 5 años, el segundo de 6 años, el tercero de 7 años y finalmente 20 años.

69



4.4 Series de Datos Temporales

El componente de HEC-HMS, “Time Series Data Manager”, permite asignar al modelo de

Cuenca del Río Turbio, datos temporales de precipitación, caudales de salida y

temperaturas. Estos datos pueden ser ingresados manualmente o a través de una base de

datos en HEC-DSS.

Las Series Temporales de Datos, fueron ingresadas a través de una base de datos en HEC-

DSS, creada específicamente para este modelo. Se consideraron los datos medidos entre el

período de 1980 y el año 2000, recopilados previamente. Los Series de Precipitación y

Temperatura, corresponden a los datos diarios de las estaciones de: El Indio, Huanta, Juntas

del Toro y La laguna.

Como datos de Caudales se consideraron los valores recopilados para las estaciones de

Salida La Laguna y Turbio en Varillar. Cabe destacar, que la estación de aforo Turbio en

Varillar, será utilizada como punto de control del modelo.

4.5 Pares de Datos

Finalmente, el componente de HEC-HMS faltante para la modelación corresponde a los

Pares de Datos de Funciones ATI de Tasa de Derretimiento [10]

, ver Tabla 4.34 y Tasa de

contenido de Frío, ver Tabla 4.35.

70



Tabla 4.34: Parámetros ingresados para el Método ATI, Funciones de Tasa de

Derretimiento

ATI (ºC) Meltrate (mm/ ºC - Día)

0 0

1,2 0,4

2 0,6

3 0,6

4 0,6

5 0,6

6 0,6

7 0,6

8 0,6

9 0,6

10 0,6

11 0,8

12 1

13 1

14 1

15 1,5

16 1,5

17 1,5

18 1,5

19 2

20 2

21 2

22 2

23 2

24 2

25 2

26 2

27 2

28 2

29 2

30 2

50 5

71



Tabla 4.35: Parámetros ingresados para el Método ATI, Funciones de Tasa de Contenido

de Frío

ATI (ºC) Coldrate (mm/ ºC - Día)

-50 -0,5

-18,5 -0,5

-18,3 -0,5

-17,6 -0,5

-16,8 -0,5

-15,9 -0,5

-15 -0,5

-14 -0,5

-13 -0,5

-12 -0,5

-11 -0,5

-10 -0,5

-9 -0,5

-8 -0,3

-7 -0,3

-6 -0,3

-5 -0,3

-4 -0,3

-3 -0,1

-2 -0,1

-1 -0,1

0 0

50 0

72



5 CAMBIO CLIMÁTICO

5.1 Introducción

En el presente capítulo se analiza el efecto del cambio climático y la forma en que este será

considerado dentro de la simulación de la Cuenca del Río Turbio, para el pronóstico de

caudales.

Para el Panel Internacional del Cambio Climático (IPCC) [26]

, el término “cambio

climático” denota un cambio en el estado del clima identificable (por ejemplo, mediante

análisis estadísticos) a raíz de un cambio en el valor medio y/o en la variabilidad de sus

propiedades, y que persiste durante un período prolongado, generalmente cifrado en

decenios o en períodos más largos, ya sea a consecuencia de la variabilidad natural como

de la actividad humana.

Este significado, difiere del utilizado en la Convención Marco de las Naciones Unidas

sobre el Cambio Climático (CMCC) [12]

, que describe el cambio climático como un cambio

del clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana, que altera la

composición de la atmósfera mundial y que viene a sumarse a la variabilidad climática

natural observada en períodos de tiempo comparables.

5.2 Modelos Climáticos

Para desarrollar pronósticos cuantitativos del impacto del cambio climático, es necesario

utilizar modelos climáticos, los cuales simulan y cuantifican una respuesta de clima a las

actividades humanas presentes y futuras.

Los modelos climáticos son representaciones matemáticas de un sistema climático. Son

confiables, dado que tienen la capacidad de simular importantes aspectos actuales en el

clima, y sus principios fundamentales consideran leyes físicas establecidas, como por

73



ejemplo, la conservación de la masa, la energía y la fuerza. Sus componentes principales

para la simulación de este sistema se representan en submodelos: atmósfera, océano,

superficie terrestre, criósfera y biósfera, considerando además los diversos procesos que

ocurren fuera o dentro de ellos. Este sistema de clima se representa para una grilla

tridimensional sobre el globo.

Constantemente, los modelos son evaluados comparando las simulaciones de estos con las

observaciones de la atmósfera, la criósfera y la superficie terrestre. De esta manera, han

demostrado la capacidad de representar diversas características relevantes del clima medio,

tales como la distribución en gran escala de las temperaturas atmosféricas, las

precipitaciones, las radiaciones y los vientos; así como también la distribución de las

temperaturas oceánicas, las corrientes y las capas de hielo sobre el mar. Además, pueden

simular aspectos esenciales de varios patrones de la variabilidad del clima observado en un

amplio rango de escalas de tiempo.

En algunos casos, a escalas pequeñas estos modelos pueden presentar ciertos errores debido

a procesos importantes que no pueden representarse explícitamente y deben ser incluidos de

forma aproximada al interactuar con eventos de mayor escala. Esto entre otras razones, se

debe a la limitación que existe respecto de la capacidad de procesamiento, al conocimiento

científico o la disponibilidad de observaciones detalladas de algunos procesos físicos. Sin

embargo, a pesar de esta incertidumbre, los modelos son unánimes en cuanto a la

predicción que realizan del calentamiento considerable del clima, debido al aumento de los

gases de efecto invernadero, y la magnitud de este calentamiento en concordancia con

estimaciones independientes procedentes de otras fuentes, tales como el resultado de

cambios climáticos observados y reconstrucciones de climas pasados. De esta manera, para

disminuir el grado de incertidumbre, en modelos a pequeña escala, se han desarrollado

técnicas como el uso de modelos climáticos regionales o métodos de reducción gradual de

la escala, con el fin de estudiar a escala regional y local los cambios climáticos.

74



5.2.1 Evaluación de los Modelos de Circulación General Atmósfera-Océano

(MCGAO).

El desarrollo de los Modelos de Circulación General Atmosfera - Océano (MCGAO) [23]

,

proporciona una de las más completas representaciones del sistema climático actualmente

disponibles. De esta manera, los modelos climáticos constituyen una herramienta básica

para razonar y considerar variaciones climáticas pasadas y predicciones climáticas

mensuales, estacionales o interanuales, y generar escenarios para al menos los próximos

100 años [25]

(SRES, Special Report on Emission Scenarios).

a. Proyecciones a diferentes escalas y períodos, usando los modelos mundiales del

clima. Los modelos climatológicos proyectan el clima para varios decenios de años o a más

largo plazo en el futuro. Como el área de interés va de lo mundial, a lo regional y

directamente a lo local, o se disminuye la escala de tiempo de interés, o la amplitud de la

variabilidad vinculada al tiempo se incrementa en relación a la señal del cambio climático a

largo plazo.

b. Formulación de modelos. La formulación de los MCGAO, se ha desarrollado

mediante una resolución espacial perfeccionada y, avances en los esquemas numéricos y en

la parametrización. La mayoría de ellos mantiene un clima estable sin utilizar ajustes de

flujo, aunque se conservan algunas tendencias a largo plazo, como por ejemplo los procesos

lentos ocurridos en el océano.

c. Simulación del clima actual. Como resultado de las mejoras en los modelos de

formulaciones, se han realizado avances en la simulación de muchos aspectos de clima

medio actual; tales como las simulaciones de precipitación, la presión del nivel del mar y la

temperatura de la superficie.

d. Simulación de modos de variabilidad climática. Los modelos simulan modos

dominantes de la variabilidad climática extra tropical, similares a los observados con

algunos detalles.

75



e. Simulación de variaciones climáticas pasadas. A partir de las observaciones se han

podido prever los modelos climáticos anteriores, así como el aumento de la temperatura

mundial debido al incremento de los gases de efecto invernadero, lo que refuerza la

confianza en las proyecciones climáticas a corto plazo y para comprender los cambios

climáticos previstos.

f. El clima y la predicción estacional mediante el uso de modelos climáticos. Se han

verificado algunos modelos climáticos para conocer la capacidad de predicción del valor

inicial, en escalas de tiempo que van desde las predicciones meteorológicas hasta las

variaciones estacionales climáticas, siempre y cuando se hayan iniciado con datos

apropiados.

g. Medidas para el rigor de las proyecciones de los modelos. Por primera vez se ha

explorado, mediante el uso de grupos de modelos, la posibilidad de reducir la incertidumbre

al proponer límites cuantitativos respecto de las proyecciones de modelos climáticos.

h. Resolución. La resolución actual de un modelo típico, es de alrededor de 250 km

horizontales y 1 km vertical sobre la capa límite. En el caso de un modelo oceánico, la

resolución es de aproximadamente 200 a 400 m verticales; con una resolución horizontal de

entre 125 y 250 km. Diversos procesos físicos, tales como los relacionados con las nubes o

la convección del océano, ocurren a escalas espaciales menores que las de la red modelo,

por lo tanto en casos como estos, no será posible modelar ni resolver de forma explícita.

Como solución, se deben incluir estos efectos de forma aproximada, simplemente

considerando relaciones basadas en la física con variables de mayor escala, lo que se

conoce como técnica de parametrización [4]

.

76



5.3 Escala Regional y Variabilidad Temporal

5.3.1 Escala Regional

La escala regional puede basarse en consideraciones geográficas, políticas o topográficas,

homogeneidad climática, o resolución del modelo. Desde esta perspectiva, se define como

escala regional [21]

aquella que comprende entre los límites entre 104 a 107 km2. El extremo

superior de este rango, recibe el nombre de “escala sub-continental”. Las circulaciones que

ocurren a escalas mayores a 107 km2, son dominadas por procesos e interacciones generales

de circulación. El extremo más bajo, es representativo de escalas más pequeñas, dadas por

los modelos climáticos regionales actuales. Las escalas menores a este rango, son

denominadas “escala local”. Las resoluciones típicas para un MCGAO, son de 200 km, la

cual será utilizada para este estudio.

5.3.2 Variabilidad Temporal

Se propone que el efecto del cambio climático, provocará cambios en la variabilidad

temporal así como también en las condiciones medias. La variabilidad interanual en los

escenarios climáticos construidos a partir de los cambios en la media climática,

frecuentemente se debe al clima base. Sin embargo, los cambios en la variabilidad resultan

importantes de considerar en términos de frecuencia de eventos extremos, dado que su

efecto es mayor.

Los datos obtenidos de los MCGAO, generalmente son aplicados como ajustes mensuales o

estacionales al clima base, suponiendo que no existen cambios en la variabilidad climática

de la línea de base y el clima futuro, es decir, que el patrón de la variabilidad diaria e

interanual se mantiene intacto. No obstante, estudios de sensibilidad han demostrado, que

cambios en la variabilidad pueden más relevantes que los cambios en el clima promedio.

En la Región de Coquimbo, la variabilidad interanual está altamente condicionada por el

fenómeno de El Niño Oscilación del Sur (ENSO) [37]

, pero aún no es claro si estos eventos

77



evolucionarán como respuesta al calentamiento global, por lo que actualmente este

fenómeno depende del modelo considerado. De esta manera, resulta importante crear

escenarios con cambios en la periodicidad de eventos de ENSO, condicionando las fases,

ya sea de forma discreta o continua, incorporando cambios en la frecuencia y la persistencia

de tales acontecimientos.

5.4 Escenarios de Cambio Climático

La primera inquietud para crear representaciones estimables del cambio futuro, basándose

en suposiciones sobre la composición atmosférica, son los escenarios de cambio climático.

Los escenarios de cambio climático [24]

, son representaciones estimables de condiciones

futuras, basadas en suposiciones coherentes sobre la composición atmosférica futura, y

entendiendo el aumento de las concentraciones atmosféricas de, por ejemplo, gases de

invernadero, partículas y otros contaminantes, sobre el clima mundial. Pueden ser utilizados

para identificar la sensibilidad de un área de exposición al cambio climático y por lo tanto,

aportar información relevante a la hora de crear políticas de mitigación, prevención o por lo

menos de consideración, ya que son indicaciones factibles de cómo podría ser el futuro en

algunas décadas, dado un conjunto específico de suposiciones, a diferencia de los

pronósticos meteorológicos que son predicciones.

El término IE-EE [25]

, designa los escenarios descritos en el Informe Especial del IPCC

sobre escenarios de emisiones. Estos escenarios, están agrupados en cuatro familias (A1,

A2, B1 y B2) que analizan vías de desarrollo alternativas incorporando una amplia serie de

fuerzas originantes demográficas, económicas y tecnológicas, junto con las emisiones de

GEI resultantes [26]

, sin considerar otras políticas climáticas además de las existentes, ni

niveles de probabilidad a ninguno de los escenarios IE-EE.

Las proyecciones de emisión son muy utilizadas para desarrollar modelos de cambio

climático futuro, y sus supuestos básicos respecto de la evolución socioeconómica,

demográfica y tecnológica son el punto de partida de numerosos estudios sobre la

78



vulnerabilidad del cambio climático y evaluaciones de impacto. A continuación se definen

las cuatro familias de escenarios de cambio climático [26]

.

A1. La familia de líneas evolutivas y escenario A1 describe un crecimiento económico

mundial muy rápido, un máximo de la población mundial hacia mediados de siglo, y una

rápida introducción de tecnologías nuevas y más eficientes.

Los temas subyacentes principales son la convergencia entre las regiones, la construcción

de capacidades y el aumento de las interacciones culturales y sociales, con una reducción

considerable en las diferencias regionales en el ingreso per cápita. Esta familia se divide en

tres grupos, que reflejan tres direcciones alternativas de cambio tecnológico: intensiva en

combustibles fósiles (A1FI), energías de origen no fósil (A1T), y equilibrio entre las

distintas fuentes (A1B).

A2. La familia de líneas evolutivas y escenario A2 describe un mundo muy heterogéneo

con un fuerte crecimiento en la población, desarrollo económico lento, y cambio

tecnológico lento.

Sus características más distintivas son la autosuficiencia y la conservación de las entidades

locales. Los patrones de fertilidad a través de regiones convergen muy lentamente, lo cual

da como resultado un aumento continuo de la población. El desarrollo económico está

orientado básicamente a las regiones, y el crecimiento económico por habitante así como el

cambio tecnológico están más fragmentados y son más lentos que en otras líneas evolutivas.

B1. La familia de líneas evolutivas y escenario B1 describe un mundo convergente, con la

misma población mundial que alcanza su valor máximo hacia mediados de siglo y

desciende posteriormente, como en línea evolutiva A1, pero con una evolución más rápida

de las estructuras económicas hacia una economía de servicios y de información, con

reducción en la intensidad material y la introducción de tecnologías limpias y eficientes

respecto de los recursos. El énfasis está en las soluciones globales para la sustentabilidad

económica, social y medioambiental, incluyendo una equidad mejorada, pero sin iniciativas

climáticas adicionales.

79



B2. La familia de líneas evolutivas y escenario B2 describe un planeta con una población

intermedia y un crecimiento económico intermedio, más orientada a las soluciones locales

para alcanzar la sostenibilidad económica, social y medioambiental.

Es un mundo con una población global en continuo crecimiento, a una tasa más baja que la

del escenario A2, con niveles intermedios de desarrollo económico, y cambios tecnológicos

menos rápidos y más diversos que en los contextos B1 y A1.

A pesar de que el escenario B2 está también orientado hacia la protección medioambiental

y la equidad social, concentra su atención en niveles locales y regionales.

5.4.1 Generación de Escenarios de Cambio Climático

Con el fin de evaluar el impacto del cambio climático en un área de estudio específica, se

deben generar escenarios de cambio climático, coherentes y consistentes con las

características actuales y los cambios observados.

Para estimar los caudales futuros en la Cuenca del Río Turbio, se tomaron y analizaron los

escenarios de cambios climáticos obtenidos en la investigación denominada “Impacts of

Climate Change on The Freshwater Resources in The Elqui Valley”, realizada por

Evangelia Kordomenidi [27]

, quien desarrolla series temporales de precipitación,

temperatura y evapotranspiración, para las familias de cambio climático en periodos 2020,

2050 y 2080, con el propósito de cubrir variadas posibilidades futuras. Dada la resolución

de los MCGAO realiza además una reducción de escala, con el objeto de obtener valores a

escala local del área de la cuenca en estudio.

A continuación, se presenta un extracto de la metodología realizada E. Kordomenidi [27]

,

para obtener las series de datos para cada variable en escenario de cambio climático:

1. Selecciona la grilla relevante desde los MCGAO, desde el Sitio Web del IPCC [23]

,

siendo en este caso seleccionado los modelos CSIRO- MK2 y el MCGAO.

80



2. Obtiene el Factor de Cambio, considerando los MCGAO seleccionados desde el

Centro de Distribución del IPCC, para un Periodo de Control de Datos Observados.

En el caso de la temperatura para Escenarios 2020, 2050 y 2080, los Factores de Cambio

fueron descargados directamente del Sitio Web del IPCC [23]

. Estos campos de variación se

calculan restando el Período de Control de Datos Observados con la Temperatura en los

Escenarios 2020-2050-2080.

Para las precipitaciones, los Factores de Cambio de obtuvieron de la siguiente forma:

3. Aplica los Factores de Cambio a las Series Temporales de datos históricos.

4. Genera las Series Temporales metereológicas para cada Escenario de Cambio

Climático.

En el caso de la evapotranspiración, considera recomendable estimar su valor a través de la

ecuación de Blaney-Criddle (1996):

Donde:

T: Temperatura diaria (ºC)

P: Porcentaje promedio diario del total de las horas del día anuales, en función de la

ubicación de la estación.

Tº = (Tº 2020-2050-2080 ) – (Tº Periodo de Control de Datos Observados ) Ec. (5.1)

Precipitación = (Precipitación media anual en 2020-2050-2080 ) Ec. (5.2)

(Precipitación media anual en Periodo de Control de Datos Observados )

Ec. (5.3)E To = P · ( 0,46 ·T + 8 ) (mm / día)

81



5.4.1.1 Modelo de Circulación General CSIRO-MK2

El Modelo Climático, CSIRO-MK2, fue creado por la Organización de Investigación

Australiano Comunidad Científica e Industrial. Consiste en un Modelo Espectral, con

cuadriculas de aproximadamente 625 km por 350 km (56 latitudes y longitudes de 64, lo

que da 3.584 casillas de la cuadrícula); considera la atmósfera, la biosfera, los hielos

marinos y los componentes oceánicos. Los niveles verticales de la atmósfera son 9.

El modelo comprende la variabilidad diaria y estacional, y sus simplificaciones se basan en

procesos físicos tales como la convección, la radiación, que utiliza sólo vapor de agua,

ozono y dióxido de carbono para el cálculo de las temperaturas, la radiación del vapor de

agua de transporte, la formación de nubes, el hielo marino y la interacción de la biosfera.

Para el componente oceánico, se determinaron flujos de calor con temperaturas

superficiales como entrada, considerando que el océano que se divide en capas y se

examinan el calor presente en las capas profundas y el efecto de las corrientes. El modelo

oceánico tiene 21 niveles verticales y la topografía real del fondo del mar. También, se

representa un modelo de cubierta del suelo y vegetación con sus diferentes procesos.

En términos generales, los grupos de variables son la temperatura, regímenes de

precipitaciones, la presión del viento, la evaporación de nubes, la radiación, la humedad del

suelo, la escorrentía superficial, la nieve, el hielo marino, y los flujos de calor.

Este modelo fue elegido por las similitudes climáticas existentes entre Australia y Chile [27]

,

entre ellas se destacan que: se ubican en el Hemisferio Sur, tendencia a las sequías y las

inundaciones devastadoras. Además, el modelo considera los efectos por los Fenómenos de

El Niño y La Niña, asociado a la escasez de agua y la sequía, y por otra parte responsable

de lluvias superiores a la media.

82



5.4.1.2 Modelo CGCM2

Corresponde a la segunda versión del modelo construido por el Centro Canadiense de

Modelización y Análisis del Clima (CCCma) Junto Climático Global (CGCM2) [5]

, y se

basa en los primeros MCGC, siendo estos modificados y mejorados en algunas de sus

técnicas. Los componentes principales son:

a) Modelo de Circulación General Atmósfera, tiene 10 niveles verticales y, una

resolución horizontal de 3,7 ° de latitud y 3,7 ° de longitud.

b) Modelo de Circulación General Océano, tiene la capacidad de reproducir las

características de gran escala del movimiento del océano y sus propiedades importantes,

tales como la temperatura y la salinidad. Cuenta con 29 capas verticales y la resolución

horizontal es de aproximadamente 200 km (casi el doble de la componente atmosférica).

Sin embargo, la resolución no es representativa de todos los procesos que allí se originan y

forman parte del comportamiento de los océanos.

c) Modelo de Hielo, es el que controla el comportamiento de fusión y desarrollo de los

mantos de hielo, como consecuencia de los intercambios de calor entre la atmósfera y los

océanos.

d) Modelo de Superficie de la Tierra, es un modelo simple que calcula la escorrentía y

la humedad del suelo a partir del balance hídrico (precipitación, evaporación de la

superficie, y la capacidad del suelo). La capacidad de almacenamiento de agua, depende del

tipo del suelo y sus propiedades. No se incluyen en este modelo el tipo de vegetación, sin

embargo es posible estimar sus efectos a través de las distintas profundidades del suelo y

las tasas de evapotranspiración.

83



5.4.1.3 Técnica del Downscaling

La resolución espacial de Modelos de Circulación General (MCG) es muy grande

(aproximadamente de 400 km), por lo que resulta difícil representar el cambio climático

regional, sobre todo si el estudio se concentra en un área pequeña, con gradientes de

elevación y la variabilidad espacial de las precipitaciones, siendo necesario entonces

realizar una reducción en la escala. La técnica de downscalling, se ha desarrollado con el

fin de reducir las incertidumbres causadas por el uso de los MCG, pudiendo ser aplicadas

dos técnicas: el estadístico y el dinámico.

El downscalling dinámico, consiste generalmente en el uso de un modelo climático regional

de alta resolución, utilizando condiciones de contorno de un modelo atmosférico global

enfocado en bases físicas. Esta técnica resulta costosa y lenta, dado que necesita de potentes

equipos computacionales para procesar la información, es por esto que no se recomienda su

uso. La regionalización estadística, se basa en la derivación de funciones de transferencia

de datos sobre modelos de circulación general a gran escala, con predicciones en las

variables del clima a escala local. Se utilizan las medias de datos diarios o mensuales,

utilizando técnicas de regresión estadística, ajustando el modelo estadístico a la

información regional o local.

5.4.2 Elección del Escenario de Cambio Climático para la Cuenca del Río Turbio.

Los escenarios de cambio climático son simuladores de clima, que a pesar de contar con

una gran probabilidad de ocurrencia, representan un conjunto de suposiciones sobre la

economía, tasa de crecimiento demográfico, condiciones sociales y políticas, así como

también de un desarrollo técnico para una región especifica.

Según la literatura consultada, los modelos climáticos predicen un aumento sostenido en las

temperaturas y una disminución de las precipitaciones, lo que induce cambios de la

escorrentía y la disponibilidad de agua. En la Figura 5.1, tomada del Informe Base de

Ciencia Física del IPCC [26]

, se visualizan las proyecciones del calentamiento en superficie

84



obtenidas de los promedios mundiales de los MGCAO (respecto del período 1980-1999)

para los escenarios IEEE A2, A1B y B1, a lo largo de los decenios 2020-2029 y 2090-2099.

Figura 5.1: Proyecciones del calentamiento en superficie obtenidas de MCGAO

Fuente: IPCC 2007 [26]

, Cambio Climático, Informe De Síntesis, Figura 3.2, p.46.

Considerando la condición semiárida de la cuenca y su vulnerabilidad ante un cambio en la

disponibilidad del recurso hídrico, se selecciona para este estudio el caso más desfavorable

que corresponde al Escenario A2, con variaciones más drásticas e intensas.

En la Tabla 5.1, se muestran los Factores de Cambio en Escenario A2 [27]

, para los

parámetros de Temperatura y Precipitaciones obtenidos con los Modelos CSIRO-MK2 y

MCGAO, que fueron aplicados a las Series Temporales de Datos Observados,

correspondientes a las Estaciones Meteorológicas ubicadas en la Cuenca del Río Turbio.

85



Tabla 5.1: Factores de Cambio en Escenarios de Climático A2

CSIRO-MK2 A2 MCGAO-A2

2020 2050 2080 2020 2050 2080

Temperaturas 1,400 2,120 3,990 0,620 2,300 4,550

Precipitaciones 0,839 0,534 0,229 0,904 0,904 0,722

De lo anterior se puede deducir que la alternativa más desfavorable es el Modelo CSIRO-

MK2.

5.4.3 Comentarios

Las publicaciones predicen que el efecto del cambio climático afectará la disponibilidad del

recurso hídrico en zonas áridas y semiáridas, dependientes de la nieve y del deshielo [26]

.

Son probables que se presenten cambios a escala local con: fuertes sequías y escasas pero

intensas lluvias durante el invierno [20]

; mayores fluctuaciones de la variabilidad climática

asociada a los eventos El Niño y La Niña; e incrementos de las temperaturas desplazando la

isoterma cero, disminuyendo el área de reserva de agua, acelerando la velocidad de

derretimiento de nieve y hielo en el área del glaciar El Tapado [7]

, entre otros.

E. Kordomendi [27]

, en su estudio buscaba determinar el impacto del cambio climático en

los recursos de agua dulce para la Cuenca del Valle de Elqui, utilizando el Sistema de

Modelación SHETRAN. Debido a imprecisiones encontradas en las condiciones iniciales

entre el modelo y los datos observados, los ajustes realizados para adaptar las cuadriculas a

la elevación del DEM utilizado y las diferencias al simular los caudales máximos,

consideró en su modelación la información para 10 años de datos y sus resultados fueron

presentados para los periodos 2010-2020 y 2070-2080.

86



En conclusión, considerando que el clima regional está condicionado por dos factores:

sistema climático de gran escala y las características fisiográficas regionales locales, se

seleccionan para esta investigación las variables obtenidas para el escenario A2, las cuales

serán incorporadas a la modelación hidrológica HEC-HMS, con el fin de estimar los

caudales para la Cuenca del Río Turbio para los periodos 2020, 2050 y 2080, los cuales

serán presentados en el capítulo siguiente.

87



6 CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN DEL MODELO,

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

6.1 Introducción

En el presente capítulo se describe el proceso de calibración y validación del Modelo

Hidrológico HEC-HMS construido para el área de estudio. El objetivo, es lograr un modelo

óptimo en condiciones reales con el cual será posible estimar caudales en Escenarios de

Cambio Climático. Finalmente, se presentarán los resultados obtenidos para la Cuenca del

Río Turbio en el punto de salida que corresponde a la Estación Turbio en Varillar.

6.2 Calibración y Validación del Modelo Hidrológico

Con el fin de evaluar la certeza y confiabilidad de la simulación desarrollado, se realiza la

calibración del modelo hidrológico, proceso por el cual serán comparados los resultados de

caudales obtenidos a través del sistema de modelación utilizando HEC-HMS y los caudales

observados en el mismo periodo de tiempo.

Como se detalló en el Capítulo 4, una simulación hidrológica para un Modelo de Cuenca

determina la transformación de precipitación en escorrentía dada la entrada de un Modelo

Meteorológico. De esta manera, en esta etapa del estudio se procederá a revisar las

consideraciones y suposiciones realizadas en la modelación, para las cuales fue necesario,

en algunos casos, estimar parámetros desconocidos que eran requeridos por el programa

HEC-HMS.

En la calibración del modelo se utiliza la información de pluviometría, fluviometría y

temperaturas, que corresponde a las Series Temporales de los registros de las distintas

estaciones hidrometeorológicas existentes en la Cuenca del Río Turbio.

88



En primer lugar, se elige el periodo de 5 años comprendido entre 1982 - 1987, y se cargan

en la modelación las series temporales observadas, obteniendo los caudales simulados a la

salida de la cuenca en estudio, los cuales luego se comparan con los caudales observados en

la Estación de Aforo Turbio en Varillar.

Como se visualiza en la Figura 6.1, entre los años 1984 - 1985 los caudales simulados

tienen una diferencia significativa respecto de los caudales observados, por lo que es

necesario revisar, analizar y modificar manualmente los parámetros definidos en el modelo.

89



Figura 6.1: Calibración del Modelo HEC-HMS (1982 – 1987)

90



Para solucionar las diferencias entre los caudales simulados y los observados, se revisa en

detalle el Modelo Nival, modificando los parámetros manualmente y controlando

específicamente que el derretimiento de nieve se desarrolle durante los meses de diciembre

y enero dado el incremente en esta época de las temperaturas. Se relacionan también los

factores de almacenamiento y derretimiento, obteniendo una estructura de modelo

estacional que mejorará los resultados del modelo para reproducir la variabilidad presente

en el área de estudio, compensando la escasa distribución de las precipitaciones.

Ajustados y definidos por observación los parámetros del Modelo Nival, se elige validar el

modelo para un periodo de 6 años comprendido entre 1987 - 1993, obteniendo mejores

resultados mejores entre los caudales simulados a la salida de la cuenca en estudio y los

caudales observados en la estación de aforo de la cuenca, ver Figura 6.2.

Una vez calibrado y validado el modelo hidrológico, y dada la condición nivo - pluvial de

la Cuenca del Río Turbio, se verifican los resultados obtenidos considerando el

comportamiento del modelo nival modificado. En otras palabras, se observa si los procesos

de almacenamiento y derretimiento de nieve ocurren durante los periodos reales.

En la Figura 6.3, se comparan los caudales observados en la Estación de Aforo Turbio en

Varillar y los caudales simulados utilizando HEC-HMS en el mismo punto. Observando

una adecuada distribución de caudales, los cuales son bajos en periodos invernales y

aumentan en verano, como el área de estudio presenta un clima semiárido los días lluviosos

son muy escasos.

91



Figura 6.2: Validación del Modelo HEC-HMS (1987 – 1993)

92



Figura 6.3: Comparación de Caudales Medios Mensuales Observados en Turbio en

Varillar y Caudales Simulados con HEC-HMS

93



6.3 Presentación de Resultados

En el presente subcapítulo, se muestran los resultados obtenidos en la Modelación

Hidrológica de la Cuenca del Río Turbio, utilizando HEC-HMS. Los caudales fueron

simulados considerando las Series Temporales de Datos Medios Mensuales de las

estaciones ubicadas en la Cuenca del Río Turbio en Escenarios de Cambio Climático 2020,

2050 y 2080, los cuales fueron obtenidos [27]

como se detalla en el Capítulo 5, y se

presentan en el Anexo 3 del Capítulo 9.

Los Caudales Medios Mensuales fueron simulados para el periodo de datos recopilados de

20 años (1980-2000) y se calcularon en el punto de salida de la cuenca utilizando HEC-

HMS, para cada Escenario de Cambio Climático respectivamente. Estos caudales serán

comparados con los Caudales Medios Mensuales Observados en la Estación de Aforo

Turbio en Varillar (Escenario Actual), ver Figura 6.4, Figura 6.5 y Figura 6.6. Los

resultados para cada Escenario de Cambio Climático se podrán visualizar en detalle en el

Anexo 4 del Capítulo 9.

Finalmente, se presenta en la Figura 6.7, la Distribución de los Caudales Medios

Mensuales Simulados en Escenarios de Cambio Climático 2020, 2050 y 2080; y en la

Figura 6.8, la Comparación de los Caudales Medios Mensuales en Escenario Actual (en la

estación de aforo Turbio en Varillar) con los Caudales Medios Mensuales Simulados con

HEC-HMS (en el punto de salida del modelo).

94




Varillar y Caudales Medios Mensuales Simulados en Escenarios 2020

95




Varillar y Caudales Medios Mensuales Simulados en Escenarios 2050

96




Varillar y Caudales Simulados Medios Mensuales en Escenarios 2080

97



Figura 6.7: Comparación de Caudales Medios Mensuales Simulados en Escenarios de

Cambio Climático para el punto de salida del modelo utilizando HEC-HMS

98



Figura 6.8: Comparación de Caudales Medios Mensuales Observados en Turbio en Varillar y Caudales

Simulados en Escenarios de Cambio Climático para el punto de salida del modelo utilizando HEC-HMS

99



6.4 Comentarios

Los escenarios futuros predicen una disminución de las precipitaciones y un incremento

sostenido en las temperaturas, lo que llevará a un aumento de la evapotranspiración.

Luego de los procesos de calibración y validación se logró optimizar el modelo hidrológico

construido en HEC-HMS, obteniendo los caudales simulados en escenario de cambio

climático A2.

De los resultados obtenidos se visualiza una evidente disminución de los caudales en la

salida del área de estudio, afectando directamente la disponibilidad del recurso hídrico en la

Cuenca del Río Elqui, dado que el Río Turbio es su mayor afluente. Estas variaciones no

sólo deben significar amenazas para el futuro sino más bien oportunidades, siendo algunas

de ellas propuestas en el siguiente capítulo.

100



7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1 Conclusiones

En términos generales, con los resultados obtenidos ha quedado demostrado que el cambio

climático podría afectar el ciclo hidrológico alterando el régimen de precipitaciones, la

escorrentía superficial y la recarga de agua en la Cuenca del Río Elqui.

Si bien la modelación es una aproximación al caso real, para este caso en particular el

comportamiento del modelo HEC-HMS obtuvo una buena aproximación.

Aunque las precipitaciones no fueron obtenidas en el desarrollo de esta investigación, la

disminución en estos valores se ve reflejada en los resultados de caudales simulados que

presentan una tendencia decreciente.

Del análisis de las Series Temporales en Escenarios de Cambio Climático, se observa un

incremento de las temperaturas promedio 4,53(°C) y una disminución de las precipitaciones

en un 27% para el Escenario 2080, aproximadamente. En detalle las precipitaciones

muestran una tendencia a la baja para los meses lluviosos de 9 (mm) en el Escenario 2020;

16,3 (mm) en el Escenario 2050; y 29,3 (mm) en el Escenario 2080.

Se observa que hacia el Escenario 2050 los caudales simulados a la salida del modelo no

presentan grandes variaciones respecto de los caudales medios mensuales observados en la

Estación Turbio en Varillar, lo que eventualmente podría relacionarse con el aumento de las

temperaturas que afectan la altura de isoterma cero, con las consiguientes consideraciones

de la biomasa y el derretimiento de la nieve. No obstante, hacia el escenario 2080 se

pronostica una considerable disminución de los caudales, los cuales se concentran en la

banda de 9,63 y 5,29 (m3/s).

101



Las técnicas de reducción de escala presentan algunas dificultades para modelar las

variaciones de frecuencias bajas, con lo que se omiten los eventos extremos que ocurren en

la Cuenca del Río Elqui, por lo tanto esto podría ser un punto de diferencia en la

modelación general.

Tomando las consideraciones anteriores, se concluye que existe una relación lineal entre los

meses húmedos de precipitaciones con los deshielos en el periodo estival.

Finalmente, se puede afirmar que de la hipótesis planteada y las restricciones para la cuenca

en estudio, se cumplieron los objetivos trazados en el desarrollo de esta investigación

obteniendo resultados conformes.

7.2 Recomendaciones

Uno de los principales desafíos para esta investigación fue obtener información de las

estaciones meteorológicas y pluviométricas para periodos más extensos, y mediciones de

nieve en las zonas altas de la cuenca. Por lo que la implementación de nuevas estaciones

en áreas de gran altitud es bastante recomendable, con el fin de construir registros más

completos, permitiendo además mejorar el modelo nival y optimizando los procesos de

calibración-validación dentro de la modelación.

Se debe considerar, que aún cuando un modelo hidrológico pueda ser perfeccionado con

una mejor calibración y más información del área de estudio, resulta muy complejo encajar

un modelo matemático a las condiciones naturales.

Nuevos estudios en esta cuenca, serían interesantes con el fin de comparar los resultados y

corregir las variables descritas en esta investigación, incluyendo además variables que

permitirían optimizar el modelo y que en esta modelación no fueron consideradas, como

por ejemplo la existencia de estratos de acuíferos, el comportamiento de las reservas

nivales, entre otras. También se podrían probar otros escenarios de cambio climáticos,

102



siendo atractivo obtener un nuevo sistema generador de clima, que reproduzca el modelo

meteorológico de la cuenca.

Finalmente, la combinación de los distintos modelos resulta necesaria para mejorar un

estudio de impacto del cambio climático en la disponibilidad del recurso hídrico para la

Cuenca del Río Elqui, con el fin de obtener estimaciones de los efectos sobre la región,

para el desarrollo de la población y sus actividades económicas. Siendo esta información

importante como sistema de alerta temprana para un manejo sustentable de la cuenca, con

implementación de políticas de prevención, adaptación y mitigación por los organismos

competentes.

103



8 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ACEITUNO & GARREAUD, Impacto de los fenómenos El Niño y La Niña en

regímenes fluviométricos andinos. Revista Sociedad Chilena Ingeniería Hidráulica,

Nacional 10(2):33-43. (1995)

2. ALFARO C. & HONORES C. "Análisis de la Disponibilidad del Recurso Hídrico

Superficial en Cauces Controlados de las Cuencas de los ríos Elqui, Limarí y Choapa".

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil, Universidad de La Serena. La Serena,

Chile. (2001)

3. ARNELL, N. & C. Liu. Hydrology and Water Resources. In Climate Change 2001:

Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Third

Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge

University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. p. 191-233.

(2001)

4. BAEDE, A.P.M., E. Ahlonsou, Y. Ding, and D. Schimel. The Climate System, An

Overview In Climate Change. The Scientific Basis Contribution of Working Group I to the

Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate. Cambridge

University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, p. 85-98. (2001)

5. CANADIAN CENTER FOR CLIMATE MODELLING AND ANALYSIS:

http://www.ec.gc.ca

6. CANZIANI O.F. et al. The Regional Impact of Climate Change: an Assessment of

Vulnerability. In: Special Report of IPCC Working Group II, Intergovernmental Panel of

Climate Change, Cambridge University Press, UK. p. 187-230. (1997)

http://www.ec.gc.ca/

104



7. CARRASCO, J.G. Casassa, G. & J. Quintana. Changes of 0 C Isotherm and

equilibrium line altitude in Central Chile during the last quarter of 20th

century.

Hydrological Sciences. 50 (6): 933-948. (2005)

8. CEPEDA, J. & F. López-Cortés, Sistemas Naturales de la Hoya Hidrográfica del

Río Elqui, Variabilidad Climática y Vulnerabilidad. IACC Informe No. 4, Universidad La

Serena, Chile. (2004)

9. CÓDIGO DE AGUAS "Decreto con Fuerza de Ley N° 1.122". 13 de Agosto de

1981, Santiago de Chile, Editorial Jurídica de Chile. Extracto Artículo 5, 6 y 7. (1981)

10. COLLAO D., GUTIERREZ S. “Modelo Hidrológico para Manejo de Embalses

a partir de Pronósticos de Caudales”. Memoria para optar al título de Ingeniero Civil,

Universidad de La Serena. La Serena, Chile. (2009)

11. CONAMA, Primera Comunicación Nacional bajo la Convención Marco de las

Naciones Unidas Sobre El Cambio Climático, Chile. (1999)

12. CONVENCIÓN MARCO DE LAS NACIONES UNIDAS SOBRE EL

CAMBIO CLIMÁTICO. GE.05-62301, Naciones Unidas. p.3. (1992)

13. DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS (DGA), “Promedios Históricos 1960-

1990”.

14. DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS (DGA),”Catastro de Regantes Hoya Río

Elqui”. Ministerio de Obras Públicas (MOP). p.2 bases para el estudio. (1980-1981)

15. DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS (DGA), “Diagnóstico y Clasificación de

los cursos y cuerpos de agua según objetivos de calidad, Cuenca del Río Elqui”, Ministerio

de Obras Públicas (MOP). p.5. (2004)

105



16. DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS (DGA). “Banco Nacional de Aguas” Red

Hidrometeorológica Nacional (RHN). Ministerio de Obras Públicas (MOP), Dirección

General de Aguas. La Serena. (2008)

17. DOMINGUEZ, M., Junta de Vigilancia del Río Elqui. Conversación personal y

entrega de información digital, La Serena Chile. (2009)

18. DOWNING, E. T., F. Santibáñez, H. Romero, H. T. Peña, R.N. Gwynne, M. Ihl

and A. Rivera. Climate Change and Sustainable Development in the Norte Chico, Chile:

Climate, Water Resources and Agriculture, p. 57. Oxford. (2001)

19. ESPÍLDORA B & G PALMA, Modelo de simulación hidrológica en la cuenca

hidrográfica del Río Elqui. Publicación CRH 77-4-1. Centro de Recursos Hidráulicos.

Departamento de Obras Civiles. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas. Universidad

de Chile. Santiago, Chile. (1977)

20. FREIXAS, G. Conversación personal, La Serena Chile. (2009-2011)

21. GIORGI, F., B. Hewitson, J. Christensen, M. Hulme, H. Von Storch, P. Whetton,

R. Jones, L.O. Mearns, and C. Fu. Regional Climate Information – Evaluation and

Projections. In: Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group

I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.

Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp.

583-638. (2001)

22. GONZALEZ, E. Conversación personal y entrega de información digital, La

Serena, Chile. (2008-2011)

23. IPCC: http://www.ipcc-data.org/ddc_gcm_intro.html

http://www.ipcc-data.org/ddc_gcm_intro.html

106



24. IPCC-TGCIA, Guidelines on the Use of Scenario Data for Climate Impact and

Adaptation Assessment Version 1. Intergovernmental Panel on Climate Change, Task

Group on Scenarios for Climate Impact Assessment, p. 69. (1999)

25. IPCC-SRES, Special Report Emission Scenarios, Summary for Policymakers. A

Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change

IPCC, ISBN: 92-9169-113-5. (2000)

26. IPCC, Cambio Climático: Informe De Síntesis. Contribución de los Grupos de

Trabajo I, II y III al Cuarto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de

Expertos sobre el Cambio Climático, Ginebra, Suiza. (2007)

27. KORDOMENIDI, E. “Impacts of Climate Change on the freshwater resources in

the Elqui Valley”, University of Newcastle, UK, Universidad de la Serena, Chile y Centro

de Estudio de Zonas Áridas CEAZA, Chile. (2005)

28. LETTENMAIER, D.P., A.W. Wood, R.N. Palmer, E.F. Wood y E.Z. Stakhiv.

Water Resources Implications of Global Warming: a U.S. Regional Perspective. Climatic

Change 43, p. 537-579. (1999)

29. MATA, L.J. & M. Campos. Latin America. In: Climate Change 2001: Impacts,

Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Third Assessment

Report of the Intergovernmental Panel on Climate. Cambridge University Press,

Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, p. 693-734. (2001)

30. SOUVIGNET, M., University of Leipzig Alemania. Comunicación personal.

(2008-2009)

31. U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS HYDROLOGIC ENGINEERING

CENTER: http://www.hec.usace.army.mil/

http://www.hec.usace.army.mil/

107



32. U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS. “Hydrologic Modeling System HECHMS

Technical Reference Manual”. (2000)

33. U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS. “Geospatial Hydrologic Modeling

Extension HEC-GeoHMS User’s Manual”. Version 1.1. (2003)

34. U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS. “Hydrologic Modeling System HEC-

HMS User’s Manual”. Version 3.3. (2005)

35. U. S. ARMY CORPS OF ENGINEERS. “HEC-DSS, HEC-DSSVue, Data Storage

System” User’s Manual”. Version 2.0. (2009)

36. UNCCD, United Nations Convention for Combat of Desertification, United

Nations. (1994)

37. ZAVALA H. & TRIGOS H. “Hidrología de la Cuenca del Río Elqui! p. 59-156.

En: Cepeda-Pizarro J. (ed). Los Sistemas Naturales de la Cuenca del Río Elqui (Región de

Coquimbo, Chile): Vulnerabilidad y Cambio del Clima. Ediciones Universidad de La

Serena, La Serena, Chile. (2009)

108



9 ANEXOS

9.1 Series Temporales

En el presente subcapítulo se presentan las Series Temporales de los Datos Históricos

(1980-2000) correspondientes a las estaciones que físicamente se encuentran ubicadas al

interior de la Cuenca del Río Turbio.

Para Datos de Precipitaciones (ver Tablas 9.1 a la 9.3):

Juntas del Toro

La Laguna

El Indio

Para Datos de Temperaturas y Evapotranspiración (ver Tablas 9.4 a la 9.11):

Huanta

Juntas del Toro

La Laguna

El Indio

Para Datos de Caudales (ver Tablas 9.12 y 9.13):

Turbio en Varillar

Salida Embalse La Laguna

109

109

Precipitaciones Medias Mensuales (mm) Periodo: 1980 – 1990

Estación: Juntas del Toro

Tabla 9.1: Precipitaciones Medias Mensuales (mm) en Estación Juntas del Toro (1980 – 1990)

AÑO ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGO STO SEPTIEMBRE O CTUBRE NO VIEMBRE DICIEMBRE

1980 0 1 0 103 1 23 81 2 0 3 0 0

1981 0 0 0 0 11 5 11 19 0 0 0 0

1982 0 0 0 0 40 52 109 10 0 0 0 0

1983 0 0 0 23 1 89,5 131,5 39 0 0 0 0

1984 0 0 17 0 0 69 312 0 0 0 0 0

1985 0 0 0 0 0 6 42 0 0 10 0 0

1986 0 12 0 0 34 19 10 32 0 16 0 0

1987 0 0 0 3 12 4 334 86 0 0 0 0

1988 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0

1989 0 0 0 0 14 0 6 65 0 0 0 0

1990 0 0 0 1,8 0 0 17,6 5 25,2 0 0 0

1991 0 0 0 0 33 97 79,4 0 0 0 0 7,2

1992 0 0 55,2 25,9 17,6 40,3 10 0 0 13 8 0

1993 0 0 0 7 27,6 0 0 0 0 0 0 0

1994 0 0 7,5 0 0 0 80 16,5 0 0 0 0

1995 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 13

1996 0 0 0 0 0 0 0 27,5 0 0 0 0

1997 0 0 0 0 7,2 182,6 17,2 87,7 33,8 0 0 0

1998 22,8 0 7 7,5 0 33,2 10,5 0 0 0 0 0

1999 0 0 11,2 0,5 18 0,8 0 0 21,7 0 0 0

2000 2,5 0 0 8,8 1,5 54,5 31 0 34 0 0 0

110

110

Estación: La Laguna

Tabla 9.2: Precipitaciones Medias Mensuales (mm) en Estación La Laguna (1980 – 1990)


1980 11,5 14,5 0 113,5 63,5 18 46,3 11,3 0 23 0 0

1981 0 12 0 12 1 2,5 4 36,5 0 0 0 0

1982 1 0 14 0 29 68 187 4 15,5 0 0 12

1983 0 3 5 26 0 29 59 40,5 0 0 0 4,5

1984 2,5 0 12,5 0 0 62,3 254,3 9 12 0 0 0

1985 0 0 16 0 14 19 29 0 3 33,5 0 0

1986 0 10 2 4,5 25 20,2 21 51 3 23,5 0 0

1987 0 4,5 15,5 4 15 15 152,5 188,5 6 5 0 0

1988 0 2 0 0 30 1,5 2 5,5 2,5 0 0 2

1989 5 0 0 0 29,5 8 10 56,5 4 0 3 5

1990 0 0 0 7 0 1,5 14,5 13,5 31 0 0 0

1991 0 0 0 0 40,5 83 39 0 0 0 0 7

1992 12,5 1,5 16,3 19,8 19,5 43,5 8 3 0 7 12,5 0

1993 0 5,5 0 6 48 0 8,8 5,8 0 0 0 0

1994 0 0 6 1 6 7,5 58 36 0 0 0 0

1995 24,5 0 0 8,5 0 0 5 0 8 1,5 0 18

1996 0 0 0 0 0 8 7 28 0 0 0 0

1997 2,5 0 15 0 8 174,5 40,8 163,3 0 0 0 0

1998 0 23 14 5 0 0 9 0 0 0 0 0

1999 0 0 14,5 2,5 31 4 0 0 59 2,5 0 0

2000 0 0 0 29,5 10,5 85 57,5 0 10,5 0 0 0

111

111

Estación: El Indio

Tabla 9.3: Precipitaciones Medias Mensuales (mm) en Estación El Indio (1980 – 1990)


1980 1,5 1,9 0 14,8 8,3 2,3 6 1,5 0 3 0 0

1981 0 4,8 0 4,8 0,4 1 1,6 14,6 0 0 0 0

1982 0,3 0 4,8 0 9,9 23,3 64,1 1,4 5,3 0 0 4,1

1983 0 2,8 4,6 23,9 0 26,7 54,3 37,3 0 0 0 4,1

1984 2,9 0 14,7 0 0 73,2 298,8 10,6 14,1 0 0 0

1985 0 0 14 0 12,2 16,6 25,3 0 2,6 29,2 0 0

1986 0 22,4 4,5 10,1 56,1 45,3 47,1 114,3 6,7 52,7 0 0

1987 0 8,4 28,8 7,4 27,9 27,8 283,2 350 11,1 9,3 0 0

1988 0 3,4 0 0 51,6 2,6 3,4 9,5 4,3 0 0 3,4

1989 5,3 0 0 0 31,3 8,5 10,6 59,9 4,2 0 3,2 5,3

1990 0 0 0 12,3 0 2,6 25,4 23,6 54,3 0 0 0

1991 0 0 0 0 24,7 50,7 23,8 0 0 0 0 4,3

1992 17,6 2,1 22,9 27,8 27,5 61,3 11,3 4,2 0 9,9 17,6 0

1993 0 4,7 0 5,1 40,8 0 7,4 4,9 0 0 0 0

1994 0 0 4,3 0,7 4,3 5,3 41,2 25,6 0 0 0 0

1995 24,3 0 0 8,4 0 0 4,9 0 7,9 1,5 0 17,8

1996 0 0 0 0 0 7,7 6,7 26,9 0 0 0 0

1997 2,3 0 14,1 0 7,5 164 38,3 153,5 0 0 0 0

1998 0 36,8 22,4 8 0 0 14,4 0 0 0 0 0

1999 0 0 13,1 2,3 27,9 3,6 0 0 53,1 2,3 0 0

2000 0 0 0 16,2 5,8 46,8 31,6 0 5,8 0 0 0

112

112

Temperaturas Medias Mensuales (ºC) Periodo: 1980 – 1990

Estación: Huanta

Tabla 9.4: Temperaturas Medias Mensuales (ºC) en Estación Huanta (1980 – 1990)


1980 19,7 19,1 18 15,1 12,7 8,9 6,1 8,3 11,5 14,7 14,2 18,4

1981 19,5 20,1 20,3 17,3 14,6 9,5 8,2 10,9 14 15,5 17,8 18

1982 20,9 19,2 17,8 13,9 11,4 9,3 9 10,9 12,7 15,4 15,8 18,9

1983 20,7 20 18,8 16 7,8 10,9 8,2 11,5 12,7 16,1 18,1 20,7

1984 20 18,6 20,4 15,1 13,8 11,8 8,2 10,2 13 12,6 16,5 18,2

1985 20 19 18,5 15,2 14,5 10,4 6,4 10,2 11 13,9 13,5 18

1986 18,2 17,3 16,4 15 12,2 10,7 10 9,2 12,2 15,2 16,4 15,8

1987 16,9 17,5 17,8 17,2 13,8 6,8 9 9,4 12,7 13 16,5 19,2

1988 21,5 17,7 19 14,5 12 10,1 9,2 8,9 10,2 14,2 16,9 19,7

1989 19,1 18,9 17,9 14,7 12,4 9,6 8,4 11,4 11,8 14,2 15,6 18,9

1990 19,7 19,1 18 15,2 12,8 9,1 6 8,3 11,4 14,8 14,1 18,2

1991 19,5 20 20,4 17,4 14,7 9,5 8,4 10,6 14,1 15,3 17,6 18,2

1992 20,9 19,2 17,8 13,9 11,4 9,3 9 10,9 12,7 15,4 15,8 18,9

1993 20,7 20 18,8 16 7,8 10,9 8,2 11,5 12,7 16,1 18,1 20,7

1994 20 18,6 20,5 15,3 13,8 12 8,2 10,2 12,9 12,4 16,4 18,3

1995 20 19 18,5 15,3 14,4 10,7 6,3 10 11 13,9 13,4 17,9

1996 18,2 17,3 16,4 15 12,2 10,7 10 9,2 12,2 15,2 16,4 15,8

1997 16,9 17,5 17,8 17,2 13,8 6,8 9 9,4 12,7 13 16,5 19,2

1998 21,5 17,6 19 14,7 12,1 10,2 9,1 9 10 14,1 17 19,5

1999 19,1 19 17,9 14,7 12,4 9,9 8,1 11,4 11,9 14,2 15,3 18,8

2000 19,7 19,2 18 15,2 12,8 9,1 6 8,3 11,4 14,8 14,1 18,4

113

113


Tabla 9.5: Temperaturas Medias Mensuales (ºC) en Estación Juntas del Toro (1980 – 1990)


1980 19,7 19,1 18 15,1 12,7 8,9 6,1 8,3 11,5 14,7 14,2 18,4

1981 19,5 20,1 20,3 17,3 14,6 9,5 8,2 10,9 14 15,5 17,8 18

1982 20,9 19,2 17,8 13,9 11,4 9,3 9 10,9 12,7 15,4 15,8 18,9

1983 20,7 20 18,8 16 7,8 10,9 8,2 11,5 12,7 16,1 18,1 20,7

1984 20 18,6 20,4 15,1 13,8 11,8 8,2 10,2 13 12,6 16,5 18,2

1985 20 19 18,5 15,2 14,5 10,4 6,4 10,2 11 13,9 13,5 18

1986 18,2 17,3 16,4 15 12,2 10,7 10 9,2 12,2 15,2 16,4 15,8

1987 16,9 17,5 17,8 17,2 13,8 6,8 9 9,4 12,7 13 16,5 19,2

1988 21,5 17,7 19 14,5 12 10,1 9,2 8,9 10,2 14,2 16,9 19,7

1989 19,1 18,9 17,9 14,7 12,4 9,6 8,4 11,4 11,8 14,2 15,6 18,9

1990 19,7 19,1 18 15,2 12,8 9,1 6 8,3 11,4 14,8 14,1 18,2

1991 19,5 20 20,4 17,4 14,7 9,5 8,4 10,6 14,1 15,3 17,6 18,2

1992 20,9 19,2 17,8 13,9 11,4 9,3 9 10,9 12,7 15,4 15,8 18,9

1993 20,7 20 18,8 16 7,8 10,9 8,2 11,5 12,7 16,1 18,1 20,7

1994 20 18,6 20,5 15,3 13,8 12 8,2 10,2 12,9 12,4 16,4 18,3

1995 20 19 18,5 15,3 14,4 10,7 6,3 10 11 13,9 13,4 17,9

1996 18,2 17,3 16,4 15 12,2 10,7 10 9,2 12,2 15,2 16,4 15,8

1997 16,9 17,5 17,8 17,2 13,8 6,8 9 9,4 12,7 13 16,5 19,2

1998 21,5 17,6 19 14,7 12,1 10,2 9,1 9 10 14,1 17 19,5

1999 19,1 19 17,9 14,7 12,4 9,9 8,1 11,4 11,9 14,2 15,3 18,8

2000 19,7 19,2 18 15,2 12,8 9,1 6 8,3 11,4 14,8 14,1 18,2

114

114


Tabla 9.6: Temperaturas Medias Mensuales (ºC) en Estación La Laguna (1980 – 1990)


1980 13,5 14,2 13,9 5,1 2,9 4,2 -0,2 2,3 4,8 6,3 7,5 12,4

1981 12 14,5 11,6 8,4 6,5 3,6 4 3,7 5,4 7,2 10,2 13,1

1982 13,3 11,8 10,7 10,2 5,6 0,7 0,1 2,8 5,3 7,5 9,4 13,1

1983 13,6 14 12,2 7,7 3,4 -1 -1,8 0,4 0,2 8 10,5 13,2

1984 13 12,7 11,3 8,8 4,5 -0,5 -0,9 -0,1 2,2 8,1 10,1 12,1

1985 12,4 13,6 12,2 9,3 6,6 5,6 1,7 3,8 6,2 6,9 12 13,3

1986 14,3 12,4 11,5 8,4 4 1,7 3,9 2,2 4,3 5,9 9,4 14

1987 14,2 14 11,8 9,4 1,8 4,1 -1 0,3 2,3 5,3 10,4 12

1988 12,8 12,5 13,1 9,7 4,3 2,9 1,6 3,6 3,4 7,2 11,3 12,1

1989 13,3 14,1 11,4 8,7 4,4 3,6 2,9 2,8 3,4 8,7 10,6 12

1990 13,4 12,1 10,5 7,8 5 4,8 1,8 5,9 2,2 7,7 10,4 13

1991 13 24,5 12,6 9,5 6 0,1 -0,4 2,6 6,7 7 9,4 9,9

1992 14 12,7 11,7 6,9 2,9 -0,7 -0,9 1,6 5,2 8,2 9,2 11,7

1993 13,9 12,7 13,3 9,2 2,6 3,7 2,6 4 4,6 8,5 9,9 12,7

1994 14,3 12,8 13,1 9,5 7,3 4,8 1,2 2,9 8,2 7 11 14,6

1995 13,9 12,2 11,9 9,3 8,5 5,7 1,1 3,8 6,2 7,6 11 13,4

1996 12 13,2 11,3 8,2 6,3 3,1 4 3 5,9 7,5 11,4 11,9

1997 14 14 12,2 10,3 6,7 -2,4 -0,1 1,4 3,5 4,1 8,7 11,6

1998 15,1 11,8 11,4 6,8 4,8 1,7 1,6 3 4,1 9,6 10,7 13,3

1999 13 14,8 11,9 8,6 6,5 3,2 2,2 5,3 5,1 7,7 9,7 12

2000 13,7 12,8 11,1 9,8 4,5 0,9 -0,5 2,9 3,7 8,5 9,2 13,1

115

115

Estación: El Indio

Tabla 9.7: Temperaturas Medias Mensuales (ºC) en Estación El Indio (1980 – 1990)


1980 7 7,7 7,4 2,4 0,7 -2,3 -1,9 -1 -1 -0,3 4,3 6,5

1981 6,2 7,9 6,2 4,1 2 -1,9 -2,6 -0,8 -1,7 -0,3 5,9 6,8

1982 6,8 6,4 5,7 4,9 1,8 -2,2 -1,1 -1,1 -0,9 -0,4 5,4 6,8

1983 7 7,6 6,5 3,7 0,8 -3,1 -2,5 -1,6 -1,8 -0,4 6,1 6,8

1984 6,7 6,9 6 4,3 1,3 -2 -2,5 -1,7 -1,5 -0,4 5,9 6,3

1985 6,4 7,4 6,5 4,5 2,1 -3,2 -3,2 -1,2 -1,1 -0,3 7 6,9

1986 7,3 6,7 6,2 4,1 0,2 -1,5 -2,6 -1,9 -1,1 -0,3 5,5 7,3

1987 7,3 7,6 6,3 4,5 -0,5 -2,7 -2,3 -1,5 -0,9 -0,2 6,1 6,3

1988 6,6 6,8 7 4,7 1,3 -2,2 -2,6 -0,7 -1,1 -0,3 6,6 6,3

1989 6,9 7,7 6,1 4,2 0,8 -2,2 -2,2 -1,3 -1,8 -0,4 6,2 6,2

1990 6,9 6,6 5,6 3,7 1 -2,7 -2,8 -1 -0,7 -0,4 6,1 6,7

1991 6,7 13,4 6,7 4,6 1,9 -3,3 -2,2 -1,6 -1,2 -0,5 5,5 5,1

1992 7,2 6,9 6,3 3,1 -1 -3,4 -2,3 -1 -1,1 -0,4 5,4 6,1

1993 7,1 6,9 7,1 4,4 -0,5 -2,2 -2,4 -1,1 -1 -0,4 5,8 6,6

1994 7,4 6,9 7 4,6 2,3 -3,2 -2,4 -1,3 -1,6 -0,4 6,4 7,6

1995 7,2 6,7 6,3 4,5 2,7 -3 -2,1 -1 -1,1 -0,4 6,4 7

1996 6,2 7,2 6 3,9 2 -2,8 -2,9 -1,2 -1 -0,4 6,7 6,2

1997 7,2 7,6 6,5 4,9 2,1 -4,6 -1,6 -1,9 -0,7 -0,3 5,1 6

1998 7,8 6,4 6,1 3,3 1,3 -1,9 -1,5 -0,8 -0,7 -0,5 6,2 6,9

1999 6,7 8,1 6,4 4,1 1,9 -2,1 -2,2 -1,1 -1,6 -0,4 5,7 6,2

2000 7,1 7 6 4,7 1,3 -3,1 -3,1 -1 -1,4 -0,4 5,4 6,8

116

116

Evapotranspiración Media Mensual (mm) Periodo: 1990 – 1990

Estación: Huanta

Tabla 9.8: Evapotranspiración Media Mensual (mm) en Estación Huanta (1990-2000)


1990 220,1 194,8 166,3 115,5 69 65 43,5 86,1 73,8 130,7 148,7 200,5

1991 216,9 271,7 178,7 126,1 76,9 31,7 34,1 54,9 105 121,5 143,3 176,6

1992 223,7 196,3 175,9 114,5 59 30,1 28,4 60,7 92,9 132,7 141,8 191

1993 222,3 198,2 184,1 125,5 61,5 59,3 49,4 77,2 89 128,3 145,8 196,5

1994 226,6 197,5 181,9 126,5 80,8 63,8 36,2 69,8 109,3 124,3 152 211,3

1995 223,3 194 174,7 125,3 85 67,5 40,5 67,7 100,1 130,4 152 203,5

1996 210,1 199,9 173,2 121,2 79,7 46,9 59 57,1 100,4 129,5 152,9 192,5

1997 224,4 205,6 176,9 129,8 79,1 15,5 28,7 53,8 88,7 107 139,4 191,5

1998 231,8 191,8 172,2 111,1 67,8 44 49,4 68,2 93,6 141 150 202,9

1999 216,8 210,7 175,1 121,8 74,9 58,6 46,3 83,4 90 130,9 144,9 193,9

2000 222,2 198,6 169 128,5 68,5 37,6 31,1 66,4 77 134,8 141,5 201,3

117

117


Tabla 9.9: Evapotranspiración Media Mensual (mm) en Estación Juntas del Toro (1990-2000)


1990 212,2 191,8 169,5 122,7 79,4 65,4 54,4 77,1 100,5 134,7 135,2 188,8

1991 210,9 196,3 180,9 131 84,4 66,3 63,4 84,3 110,1 136,6 150,2 188,6

1992 219 191,7 170,4 119,8 76,9 65,9 65 84,9 103,5 136,5 142 190,7

1993 217,1 197,5 174,4 127,6 68,2 69,4 63,3 86,3 105 139,2 151,3 200,3

1994 214,1 189 181,5 122,9 82 71 62,6 82,9 105,9 124,5 145 189

1995 213,8 191,2 171,8 123,3 83,7 69,2 56,4 82,5 99 131 132 187,1

1996 203,6 182,3 162,8 122,9 79,4 69,6 67 80,1 102 135,7 144,2 175,2

1997 196,4 183,5 168,3 130,3 82 59,6 64,9 80,5 105,2 127,1 145,3 193,8

1998 222,5 184,6 174,3 120,7 77,7 68 65,2 79,3 95,7 132 147,3 195,5

1999 208,8 191,3 169,2 120,9 78,4 67,3 62,8 86,5 102,6 132,1 140,4 191,8

2000 212,1 192,6 170,4 123,8 81,1 66 54,1 76,6 99,5 134 135,4 188,8

118

118


Tabla 9.10: Evapotranspiración Media Mensual (mm) en Estación La Laguna (1990-2000)


1990 184,8 163,5 139,6 97 58 54,6 36,5 72,4 62 109,7 124,8 168,3

1991 182,1 228,1 150,1 105,8 64,5 26,6 28,7 46,1 88,2 102,1 120,3 148,3

1992 187,8 164,8 147,7 96,2 49,6 22,3 23,8 49,2 78 111,4 119 160,4

1993 186,7 166,4 154,6 105,3 51,6 49,8 41,5 64,8 74,7 107,7 122,4 165

1994 190,3 165,8 152,7 106,2 67,9 53,6 30,3 58,6 91,8 104,3 127,6 177,5

1995 187,5 162,9 146,7 105,2 71,3 56,7 34 56,9 84 109,5 127,5 170,9

1996 176,3 167,9 145,4 101,8 66,9 39,3 49,8 48 84,3 108,7 128,3 161,6

1997 188,4 172,6 148,5 109 66,4 11,5 24,1 45,2 74,5 89,8 117 160,8

1998 194,6 161 144,6 93,3 56,9 37,2 40 57,5 78,6 118,3 125,9 170,3

1999 182,1 176,9 147 102,3 62,9 47,8 38,9 70 75,5 109,9 121,7 162,8

2000 186,6 166,8 143,9 108 57,6 31,6 26,6 55,7 64,6 113,2 118,8 169

119

119

Estación: El Indio

Tabla 9.11: Evapotranspiración Media Mensual (mm) en Estación El Indio (1990-2000)


1990 212,8 193,6 168,3 118,4 70,1 0 0 0 0 0 154 195,4

1991 210,8 245 176,5 126,4 77,7 0 0 0 0 0 150,1 178

1992 215,1 194,6 175 118,4 61,6 0 0 0 0 0 144,2 189,2

1993 214 195,8 180,3 126,6 65,2 0 0 0 0 0 147,6 192,6

1994 216,9 195,4 178,5 126,6 79,3 0 0 0 0 0 156,4 202,4

1995 214,8 193,1 173,8 125,9 80,9 0 0 0 0 0 156,4 197,4

1996 206,5 197 173,2 124,1 79,9 2,3 0 0 0 0 152,3 190,2

1997 215,5 200,8 175,3 128,6 78,6 0 0 0 0 0 147,3 189,7

1998 220,2 191,5 172,2 115,8 69,6 0 0 0 0 0 155 197

1999 210,8 204,2 174 123,9 73,9 0 0 0 0 0 151,3 191,3

2000 214,1 196,1 172 128,3 70,9 2,5 0 0 0 0 144,1 195,9

120

120

Caudales Medios Mensuales (m3/s)

Tabla 9.12: Caudales Medios Mensuales (m3/s) en Estación Turbio en Varillar

Estación: Latitud S: 29° 56’ 00’’ UTM Norte: 6686181 m

Altitud: Longitud W: 70° 31’ 00’’ UTM Este: 352072 m

Código BNA: Subcuenca: Río Turbio Area de Drenaje: 4148 m2


1980 4,637 4,852 5,332 5,773 4,686 3,928 3,736 4,882 4,854 5,288 5,939 11,957

1981 13,365 12,579 10,134 8,078 4,553 4,482 4,189 4,099 3,597 4,075 4,04 3,902

1982 3,409 3,851 3,863 3,056 2,545 2,643 3,315 3,56 3,99 5,769 8,363 17,668

1983 17,087 12,513 8,511 7,304 6,308 5,743 5,563 5,415 5,702 10,033 10,928 12,084

1984 9,479 6,677 5,725 4,635 3,884 4,01 12,005 11,089 15,718 31,039 45,952 44,547

1985 24,005 16,925 12,834 10,863 8,027 7,964 7,067 6,719 5,525 5,314 6,524 6,282

1986 6,344 6,629 5,258 3,457 3,539 3,52 3,487 3,496 5,266 6,08 6,948 6,838

1987 9,972 8,356 7,544 3,908 4,593 4,726 4,918 7,025 10,174 12,348 26,833 50,297

1988 41,168 26,145 14,961 14,332 13,776 10,599 8,231 6,412 5,458 5,595 5,814 5,7

1989 5,652 5,852 5,213 4,398 3,781 3,247 3,073 3,117 3,644 5,263 5,402 4,804

1990 4,725 4,776 4,481 3,928 2,908 2,693 2,826 2,82 3,034 4,748 4,544 4,039

1991 3,722 3,497 3,221 2,589 2,208 2,585 2,916 2,849 3,43 4,881 5,413 4,794

1992 5,838 6,797 5,998 5,69 5,293 5,572 5,23 5,138 5,918 8,41 11,65 15,015

1993 16,724 11,389 8,879 7,484 6,996 6,609 6,035 5,396 4,612 4,417 5,057 5,982

1994 5,862 4,888 4,574 3,423 2,409 2,214 2,432 2,696 3,398 5,015 4,971 5,151

1995 5,728 6,283 5,632 4,377 2,688 2,531 2,475 2,305 2,645 3,525 3,398 3,793

1996 3,626 4,22 4,35 3,158 1,956 1,862 1,769 2,139 2,633 3,018 2,97 2,969

1997 2,641 2,675 2,977 2,433 1,94 2,614 2,974 7,221 12,558 14,306 27,28 48,461

1998 52,926 34,827 18,997 15,16 12,969 8,592 8,85 8,291 7,482 6,947 6,53 6,69

1999 6,874 6,284 6,792 7,159 4,013 3,959 3,823 3,797 4,16 6,078 5,526 6,81

2000 6,984 5,53 5,367 3,448 3,458 3,562 3,799 3,587 3,51 3,929 3,981 4,472

TURBIO EN VARILLAR

860 msnm

04308001-6

121

121

Tabla 9.13: Caudales Medios Mensuales (m3/s) en Estación Río La Laguna, Salida Embalse La Laguna

Estación: RÍO LA LAGUNA SALIDA EMBALSE LA LAGUNA 29° 58’ 00’’ 6682584 m

Altitud: 820 msnm 70° 33’ 00’’ 350216 m

Código BNA: 04314002-7 Río Claro 1502 m2


1980 4,466 4,588 4,978 0,181 0,108 0,167 0,22 0,22 0,22 1,527 0,896 4,473

1981 7,356 5,759 4,316 2,969 2,263 1,716 1,561 1,439 1,413 2,704 3,49 3,475

1982 2,614 3,646 3,437 1,49 0,221 0,22 0,22 0,22 0,33 3,119 3,701 5,834

1983 8,603 6,28 4,054 2,886 2,154 1,698 1,743 1,578 1,951 4,07 4,07 5,385

1984 4,398 3,247 2,51 1,296 0,347 0,34 0,34 1,054 5,72 7,036 11,388 14,142

1985 6,339 5,414 3,046 2,964 0,875 1,669 1,377 1,4 1,233 1,4 2,681 3,189

1986 4,07 4,07 2,077 0,522 0,25 0,25 0,25 0,252 2,284 3,539 3,445 1,068

1987 6,272 5,46 4,425 0,486 1,108 1,465 1,294 2,896 7,519 6,681 6,451 15,553

1988 15,987 10,951 3,083 4,891 4,83 2,862 1,62 0,595 0,62 1,538 2,17 2,485

1989 2,733 3,354 2,529 1,432 0,53 0,53 0,414 0,34 0,812 2,726 2,824 2,109

1990 2,298 2,586 2,193 1,299 0,253 0,34 0,34 0,53 0,776 2,98 2,984 2,096

1991 1,95 1,714 1,341 0,573 0,056 0,1 0,1 0,107 0,511 2,214 1,531 0,244

1992 1,625 3,283 2,423 1,867 1,612 1,362 1,465 1,424 1,768 3,144 4,444 5,548

1993 7,06 4,839 3,273 2,375 1,602 1,429 1,134 1,011 0,977 1,216 2,558 3,267

1994 3,31 2,728 2,32 1,219 0,293 0,2 0,2 0,2 0,641 1,81 1,81 1,81

1995 2,546 3,959 3,198 1,761 0,251 0,25 0,25 0,25 0,558 1,479 1,796 1,95

1996 2,081 2,498 2,489 1,077 0,2 0,166 0,15 0,15 0,98 1,37 1,466 1,37

1997 1,407 1,66 1,66 0,831 0,355 0,2 0,2 0,2 0,669 2,132 4,103 10,348

1998 16,515 13,686 2,5 3,831 2,508 0,33 1,752 1,849 1,66 1,82 2,181 2,691

1999 4,159 3,094 3,684 3,38 1,4 0,24 0,201 0,25 0,586 2,509 2,751 4,122

2000 4,157 2,977 2,513 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,211 0,3 0,4 0,374

Latitud S:

Longitud W:

Subcuenca:

UTM Norte:

UTM Este:

Area de Drenaje:

122



9.2 Infiltración Modelo SMA, Soil Moisture Accounting

Los diferentes estratos de almacenamiento en el modelo SMA y los parámetros usados

para la Simulación Actual, Escenarios de Cambio Climático se presentan en este Anexo.

Este modelo representa, la cuenca hidrográfica con una serie de estratos de

almacenamiento, como se muestra en la Figura 9.1. Las tasas de flujo de entrada, flujos de

salidas y las capacidades de los estratos controlan el volumen de agua ganada o perdida

para cada uno de estos componentes de almacenamiento. El contenido actual de

almacenamiento se calcula durante la simulación y varía continuamente durante y entre

tormentas.

Figura 9.1: Representación Modelo SMA de Infiltración [32]

123



a. Canopy Interception, Almacenamiento e Intercepción de la Cubierta Vegetal: La

intercepción de la cubierta vegetal, representa la cantidad de precipitación que es captada por

árboles, arbustos y hierbas (vegetación), y que no alcanza la superficie del suelo. La

precipitación es el único flujo de entrada de este estrato. Cuando existen precipitaciones, el

agua se almacena en la cubierta vegetal, y cuando esta capa se satura, la precipitación queda

disponible para llenar otros volúmenes de almacenamiento.

Finalmente, el agua captada por la cubierta vegetal permanece detenida hasta que sea retenida

por la evaporación.

b. Surface Depression, Almacenamiento en Depresiones Superficiales: El

almacenamiento en depresiones superficiales corresponde al volumen de agua retenida en las

irregularidades poco profundas de la superficie del terreno. Los flujos de entrada para este

almacenamiento provienen de precipitaciones no captadas por la cubierta vegetal y por el

exceso de la tasa de evaporación. Los flujos de salida de este almacenamiento pueden ser la

infiltración y la evapotranspiración. Cualquier volumen en esta capa de almacenamiento, será

útil para la infiltración. Si éste volumen de agua excede la tasa de infiltración, el

almacenamiento se llena y el agua excedente aportará a la escorrentía superficial.

c. Soil Profile Storage, Almacenamiento del Suelo: El perfil de almacenamiento del

suelo, representa el agua almacenada en la capa superior del suelo. El flujo de entrada es la

infiltración desde la superficie. Los flujos de salida involucran la percolación a una capa

subterránea y la evapotranspiración. La zona de perfil de suelo se divide en dos zonas:

Superior “Upper Zone”, se define como el estrato del suelo que perderá agua mediante la

evapotranspiración o percolación. Corresponde al agua que puede ser retenida por las raíces

de la vegetación o que baja por efecto de la gravedad, es decir, el agua que es retenida en los

poros del suelo.

Tensión “Tension Zone”, se define como el estrato del suelo que perderá agua sólo por la

evapotranspiración. Representa el agua fijada a partículas del suelo.

124



d. Groundwater Storage, Almacenamiento de agua en Acuíferos: Las capas de agua

subterránea en el SMA representan procesos horizontales de interflujo. El modelo SMA

permite incluir una o dos capas de almacenamiento de agua en acuíferos. La tasa de

percolación, es una función de una tasa máxima de percolación especificada por el usuario y

el almacenamiento actual en las capas entra las cuales fluye el agua. Las pérdidas de una capa

de almacenamiento de agua subterránea, se deben al flujo de agua subterránea o a la

percolación de una capa a la otra. La percolación del perfil del suelo entra en el primer estrato.

El Modelo de HEC-HMS [32], utiliza dos niveles: “GW1”, un acuífero superficial que recibe

directamente la percolación del agua que no ha sido atrapada por la evapotranspiración y que

ha excedido la capacidad de almacenamiento del suelo. Desde este acuífero más superficial, el

agua puede incorporarse a la escorrentía subterránea o bien percolar hacia un acuífero más

profundo. “GW2”, acuífero siguiente al superficial, el agua puede incorporarse a la escorrentía

subterránea o percolar a una capa más profunda. En este caso el agua incorporada a esta capa

es considerada como una pérdida del sistema, el flujo del acuífero no es modelado por SMA.

Esquemáticamente, el flujo descrito en la figura anterior, desde y hacia las capas de

almacenamiento es calculado para cada intervalo de tiempo en el modelo SMA,

dependiendo de la ocurrencia de eventos de precipitación o evapotranspiración, según como

se explica a continuación [34]:

I. Se Modela la Precipitación:

Si la precipitación ocurre durante el intervalo, la evapotranspiración no es

modelada. De esta forma, l a precipitación contribuye en primer lugar, al

almacenamiento en la capa de intercepción de la cubierta vegetal. Luego, la precipitación

que excede al almacenamiento de la cubierta vegetal en combinación con el agua presente

en el almacenamiento de la superficie del suelo, estará apta para el proceso de infiltración.

Si el volumen de agua disponible, es mayor que la capacidad de almacenamiento del

suelo, o si la tasa de infiltración potencial calculada no es suficiente como para agotar

este volumen en el determinado paso de tiempo, el exceso de agua, se traslada entonces, a

125



la capa de almacenamiento de las depresiones superficiales. Cuando este estrato está

saturado, cualquier exceso se convierte en escorrentía superficial. El agua infiltrada

ingresa al almacenamiento del suelo, y la primera zona en llenarse es la zona de Tensión.

El agua presente en el perfil de suelo, pero no en la zona de tensión, se filtra al primer

estrato de agua subterránea. El flujo de agua subterránea se traslada desde la capa de

tensión, y el agua excedente puede filtrar a la primera capa de agua subterránea, y entonces

el agua remanente puede filtrar a la segunda capa de agua subterránea. La percolación

de la segunda capa, corresponde a un acuífero profundo y se considera como pérdida

para el modelo.

II. Se Modela la Evapotranspiración:

En el caso de que no ocurran eventos de precipitación, se modela la evapotranspiración. La

evapotranspiración potencial, es completada en primer lugar por el almacenamiento de la

cubierta vegetal y luego desde el almacenamiento de la capa superficial del suelo.

Finalmente, si la evapotranspiración potencial no queda satisfecha de las fuentes de las

superficiales, el agua es proporcionada por la capa de almacenamiento del perfil superior

del suelo. Posteriormente, el modelo continúa con la ocurrencia de periodos de

precipitación.

126



9.3 Series Temporales en Escenario de Cambio Climático

En el presente Anexo se incluyen las Series Temporales de Precipitaciones, Temperaturas y

Evapotranspiración en Escenario de Cambio Climático 2020, 2050 y 2080, ver desde la

Figura 9.2 a la 9.12.


Estación Juntas del Toro

127




Estación La Laguna


Estación El Indio

128




Estación Huanta



129




Estación La Laguna


Estación El Indio

130




Estación Huanta



131




Estación La Laguna


Estación El Indio

132



9.4 Resultados Anexos

A continuación se muestran las tendencias de los Caudales Medios Mensuales Simulados

obtenidos con HEC-HMS en Escenario de Cambio Climático 2020, 2050 y 2080, ver

Figuras 9.13, 9.14 y 9.15, respectivamente.

Los hidrogramas serán mostrados desde el mes de junio a mayo visualizando la distribución

de los caudales medios mensual durante el año. Como se explicó anteriormente, para la

Cuenca del Río Turbio se toma como punto de salida de la simulación de caudales la

Estación de Aforo Turbio en Varillar.

Se muestran además, las variaciones de caudales medios mensuales y la tendencia en

Cambio Climático, realizando comparaciones en el punto de salida de la cuenca de los:

a) Caudales actuales con los caudales en escenario 2020 (ver Figura 9.16)

b) Caudales en escenario 2020 y caudales en escenario 2050 (ver Figura 9.17)

c) Caudales en escenario 2050 y caudales en escenario 2080 (ver Figura 9.18)

d) Caudales actuales y caudales en escenario 2080 (ver Figura 9.19)

Finalmente, se visualiza la tendencia Mensual de Caudales Medios Actuales y Simulados

en Escenario de Cambio Climático, para los meses de Octubre a Marzo y de Abril a

Septiembre, ver Figuras 9.20 y 9.21.

133



Figura 9.13: Caudales Medios Mensuales Simulados en Escenario 2020


134




Figura 9.16: Variación entre Caudales Medios Mensuales Actuales y Simulados en

Escenario 2020

135



Figura 9.17: Variación entre Caudales Medios Mensuales Simulados para los Escenarios

2020 y 2050

Figura 9.18: Variación entre Caudales Medios Mensuales Simulados para los Escenarios

2050 y 2080

136



Figura 9.19: Variación entre Caudales Medios Mensuales Actuales y Simulados en

Escenario 2080

Figura 9.20: Tendencia Mensual de Caudales Medios Actuales y Simulados en Escenario

de Cambio Climático en los meses de Octubre a Marzo

137



Figura 9.21: Tendencia Mensual de Caudales Medios Actuales y Simulados en Escenario

de Cambio Climático en los meses de Abril a Septiembre

SOBRE LA DISPONIBILIDAD DEL RECURSO HÍDRICO …RESUMEN El objetivo de la presente investigación es...

Documents

Transcript of SOBRE LA DISPONIBILIDAD DEL RECURSO HÍDRICO …RESUMEN El objetivo de la presente investigación es...