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A machine learning-based analysis of actual evaporation drivers across different land covers in the chilean andean plateau
(2024) Boada Campos, Javiera Ignacia; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La estimación precisa de la evaporación (E) es crucial para la gestión del agua en regiones áridas como el Altiplano chileno. Aquí, E es el principal flujo de salida de agua en cuencas endorreicas, predominando en salares, superficies vegetadas, suelos desnudos con aguas subterráneas poco profundas y lagunas salinas someras. Estimar E es desafiante debido a su naturaleza altamente dinámica, influenciada por procesos atmosféricos y por el tipo de cobertura terrestre. Aunque los algoritmos de aprendizaje automático (ML) han mostrado ser prometedores para entender E, aún no se ha profundizado en cómo la cobertura terrestre afecta las principales variables que predicen E. Este estudio emplea técnicas de ML para determinar los impulsores de E en distintas coberturas evaporíticas del Altiplano. Tres algoritmos de ML fueron evaluados utilizando flujos de E y datos ambientales de campañas de terreno. Random Forest (RF) emergió como el algoritmo más efectivo debido a su mejor rendimiento y menor tiempo de ejecución. Las variables ambientales clave fueron identificadas utilizando el método explicativo SHAP. Los resultados revelaron que E en salares y vegetación están principalmente limitadas por la disponibilidad de energía. El suelo desnudo se ve influenciado tanto por la energía como por la disponibilidad de agua, mientras que la turbulencia mecánica domina sobre las superficies de agua. Al definir umbrales de impacto para los principales impulsores, se demostró la interdependencia entre procesos físicos y estados ambientales en la promoción de E. Finalmente, la sensibilidad del modelo indicó que es posible predecir E con cuatro variables para salares, vegetación y suelo desnudo, y tres para superficies de agua, sin pérdida significativa de precisión. Este enfoque permite establecer una red de estaciones meteorológicas de bajo costo para estimar E en toda la región. Esta investigación mejora la comprensión de cómo las características de la superficie y las condiciones ambientales influyen en E, ofreciendo información valiosa para la gestión efectiva de los recursos hídricos en regiones áridas.
A water balance approach to estimate fog water contribution to a relict forest in the coastal semi-arid region in Central Chile
(2024) Pacheco Canales, Valentina J.; Vicuña Díaz, Sebastián; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La niebla marina a lo largo de la costa occidental de Chile, en la región semiárida y mediterránea, ejerce influencia en los patrones de vegetación costera y representa una fuente de agua significativa, aunque subestimada, para el balance hídrico de la cuenca. Aunque se ha sugerido que los vientos del sudoeste transportan la niebla marina tierra adentro, la comprensión de esta dinámica es limitada. Por ello, este estudio tiene como objetivo analizar la niebla costera en la costa de la región central de Chile, examinando su distribución temporal, contenido de agua y recolección, en relación con la presencia de bosques relicto. Se enfoca en un bosque relicto ubicado en la costa semiárida de Chile, a 3.5 km tierra adentro, con una altitud de 650 metros. Este bosque, dominado por Aextoxicon punctatum, sobrevive con menos de 200 mm de precipitación anual, lo que destaca la importancia crítica del agua de niebla. El enfoque metodológico implica un análisis del balance hídrico adaptado a las contribuciones de agua relacionadas con la niebla, considerando la precipitación, evapotranspiración, acumulación de suelo y entrada de niebla a diferentes escalas. Los hallazgos revelan que la niebla se presenta el 17% del tiempo y contribuye hasta el 75% a la evapotranspiración del bosque, con una capacidad de captura de niebla de hasta el 10.5%. Sin embargo, según los datos de sensores de humedad del suelo, la niebla capturada parece no penetrar profundamente en el suelo ni generar escorrentía. Se exploró la variabilidad de la eficiencia de captura de niebla del bosque con respecto a la elevación, el área de recolección y la evapotranspiración. Estos resultados resaltan la importancia del agua de niebla como fuente vital para la vegetación y enfatizan la necesidad de integrarla en evaluaciones más amplias para predecir mejor los recursos hídricos y conservar los ecosistemas.
Anillo Verde Humedales de Valdivia: movilidad sensible frente a la fragmentación del paisaje
(2024) Fuenzalida Plaza, Matías Ignacio; Iturriaga del Campo, Sandra; Ibieta Illanes, María Paulina; Retamal Espinoza, Aníbal Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
Los humedales son sistemas naturales frágiles que poco a poco han sido revalorizados desde el campo de la ecología y la arquitectura del paisaje en las últimas décadas, protegiéndolos del acelerado crecimiento urbano, pero que siguen siendo amenazados por diversas variantes antrópicas que los degradan y mecanismos que los fragmentan. (Farina, 2016; Forman R. T., Road Ecology, 2002; Mitsch & Gosselink, 2015) Entre estas amenazas se encuentran las infraestructuras viales como agentes de disección de estos paisajes y potenciadoras de una tipología de movilidad que opaca el entorno en que son construidas. (Farina, 2016; Forman R. T., 2014)En el contexto de la ciudad de Valdivia, caracterizada por una gran presencia de humedales y un crecimiento urbano acelerado, el diseño vial no ha contemplado la importancia y los aportes ecológicos, culturales y experienciales que entregan los humedales. Esto es evidenciado en el diseño de vialidades que atraviesan y fragmentan, principalmente a partir de rellenos y desde una tipología de movilidad enfocada en el desplazamiento motorizado eficiente y a grandes velocidades.Como consecuencia, se dividen, disminuyen y degradan estos sistemas, sus aportes ecosistémicos; además, se mantienen alejados de la ciudadanía. La circunvalación vial de la ciudad es un caso que evidencia un gran diseño fragmentador al afectar a 12 sistemas de humedales urbanos, produciendo accesos a estos, pero sin integrarlos y quedando como remanentes de la urbanidad. Sin embargo, las infraestructuras viales que fragmentan los humedales pueden ser consideradas como una herramienta base para la valorización y conservación de estos, recuperando sus cualidades afectadas e integrándolos en un sistema de conectividad ecológica, cultural y sensible desde un proyecto arquitectónico. En el caso de la ciudad de Valdivia, se propone la creación de un anillo verde inscrito sobre la circunvalación periférica existente que invite a las personas a recorrer y experimentar los humedales y la ciudad impulsando sus sentidos y sensibilidad.
Aqua ex machina: Interfaces y aperturas en el paisaje tecnológico de la Biofactoría La Farfana a partir del proceso de la depuración
(2023) Ivanović Rojas, Sofía Patricia Antonia; Río, Javier del; Zilleruelo, Guillermo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
Acostumbrados a su presencia en nuestras actividades más íntimas y cotidianas, el agua se ha convertido sigilosamente en un recurso de cuidado, y es que una vez más nos enfrentamos a las repercusiones de una era antropogénica que junto con el acelerado crecimiento de la ciudad ha desafiado a una región en proceso de desertificación. Ante este escenario, se pone en valor el ciclo final de las aguas, aquellas residuales que son tratadas y suponen una nueva fuente, pero muchas veces asociadas a la aversión e incomprensión de su infraestructura. A partir de ello, se plantea una discusión sobre el papel de la infraestructura en la sociedad actual, la cual opera imperceptible, como cajas negras, dentro del contexto urbano de Santiago. A través de esta línea de pensamiento, se busca comprender los complejos sistemas que gestionan las aguas de una ciudad en crisis y que han sido diseñados exclusivamente para cumplir con su función técnica. Se cuestionará esta visión monofuncional, donde el declive ambiental impulsa a imaginar nuevas relaciones entre estos espacios técnicos, la ecología y la cultura. Con este propósito, se lleva a cabo un análisis retrospectivo de los métodos de manipulación del agua, reconociendo la importancia tanto en términos de utilidad como de experiencia que históricamente se les atribuía, en contraste a una sociedad actual que se ve ajena a los procesamientos de este escaso recurso. Se explora la Planta de Tratamientos La Farfana y su paisaje tecnológico, revelando un potencial más allá de su función inherente de saneamiento. Más bien, se vislumbra como una infraestructura de recuperación, capaz de consolidar microcosmos en su interior utilizando el agua tratada como un recurso revitalizador y experiencial. De este modo, proyectando una intervención híbrida acoplada a los flujos de agua, se dará lugar a espacios inéditos para la concientización y la ecología. Esta intervención – el parque, el pabellón y la planta misma- crea un escenario multiescalar que representa una apertura de la ”caja negra” de la infraestructura, permitiendo exhibir los procesos internos y la consolidación socio-ecológica en este sitio.
Armazón Hidroecológico de Hualpén : conservación de las funciones hídricas de la cuenca del humedal de Lenga en un contexto de expansión urbana sobre el delta del río Bío-Bío
(2022) Baghetti Stagno, Gianluca; Martic Viukasovic, Danilo; Moreno Flores, Osvaldo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
El área metropolitana del Gran Concepción se emplaza sobre las planicies sedimentarias que conforman el delta del río Bío-Bío, de altísima riqueza en términos de materia orgánica del suelo. Este factor converge con la intrusión marina y los constantes flujos hídricos subterráneos provenientes del río para sustentar los ecosistemas conocidos como humedales, hoy amenazados por el crecimiento urbano. Ellos, que funcionan como una sola gran red hídrica, heredera de los vestigiales cauces pasados del Bío-Bío, se encuentran en distintas condiciones de degradación, dependiendo principalmente de su cercanía a la ciudad. El segundo más grande de ellos, el humedal del estuario de Lenga se encuentra dentro del Santuario de la Naturaleza Península de Hualpén, a 3 kilómetros de la ciudad homónima. Esto tiende a generar una falsa sensación de seguridad en lo que a sus condiciones se refiere, pues si bien efectivamente se encuentra alejado de la acción directa de la urbe, está bajo una enorme presión ecológica desde un punto de vista hidrológico. El humedal de Lenga depende de la suma de las aguas lluvias al infiltrarse y de los drenajes provenientes del río. Esto implica que si bien existe una superficie precisa de humedal -la laguna-, su superficie funcional se extiende, por los procesos y sistemas ecológicos que lo sustentan, a toda el área dentro su cuenca recolectora. Es ahí donde se evidencian las principales problemáticas: la ciudad de Hualpén ha crecido sobre la superficie de la cuenca, ocupando el 14% de ella. Esto afecta tanto a la recarga aportada por las aguas lluvias al impermeabilizar los suelos y deteniendo la infiltración, como a los drenajes que vienen del río al interrumpir los flujos que corren por los paleocanales producto de la compactación de los suelos, lo que amenaza seriamente al humedal y que habría llevado a su desaparición temporal durante los primeros meses de 2021, lo que se suma a la amenaza que representa su cercanía a industrias contaminantes. La presente tesis y proyecto de arquitectura del paisaje apunta a establecer una nueva manera de urbanizar aquellas planicies amenazadas dentro de la cuenca recolectora del humedal en el sector conocido como Peñuelas, de forma sensible y coherente con los sistemas hidroecológicos mencionados anteriormente, considerando que las probabilidades de que la ciudad crezca hacia el sector son muy altas. Así, se propone la creación de un armazón hidroecológico, una red de corredores de infiltración cuyo trazado se origina en la lectura de las capas que configuran las trazas del agua y los procesos geológicos que le dieron origen, que asegure en el futuro tanto la infiltración de las aguas como los flujos superficiales y subterráneos que corren por esta superficie intermedia entre el humedal de Lenga y el río Bío-Bío. El proyecto contempla finalmente un parque urbano que cumpla las funciones de activar y articular esta nueva zona urbana y costera, proteger un sistema lineal de humedales de menor escala y la vegetación asociada, así como acercar a la población de Hualpén a estos ecosistemas, otorgándole importantes beneficios y cumpliendo educación y configuración de un imaginario clave para su sustento en el tiempo. De cierta forma, ambas maneras de proyectar, tanto a nivel de plan maestro como de parque urbano, lo hacen a partir de un diseño del vacío, permitiendo una apertura al cambio programático a través del tiempo y por lo tanto asegurando una sustentabilidad ecológica, económica y social.
La arquitectura del agua: potencial del agua como componente para la rehabilitación del conjunto de vivienda Villa Los Jardines
(2023) Barría Renault, Sabrina; Mella Lira, Beatriz; Batzenschlager, Thomas; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
La importante relación entre agua y arquitectura quedo establecida con el surgimiento de los primeros asentamientos humanos. Con el avance de las ciudades, el agua se volvió un elemento que planteo desafios al campo de la arquitectura a la vez que contribuia a ella, llegando a convertirse con el tiempo en un componente arquitectónico con el cual crear y construir, adquiriendo un rol clave en la conformación del espacio y el paisaje. No obstante, a pesar de ello, la relación entre arquitectura y agua comenzó ha sufrir un declive, generando una ruptura en las dinámicas entre las personas, la ciudad y los recursos hídricos. El cambio climático, el crecimiento demográfico, el desarrollo económico y la mala gestión urbana fueron ejerciendo una presión insostenible sobre el agua y sus fuentes, provocándoles un daño irremediable ya la vez que, paradójicamente la convertían en una problematica constante para ciudades. Con el tiempo el daño se ha hecho más grave, lo que ha vuelto necesaria la búsqueda de nuevos recursos hídricos alternativos, para reducir el impacto sobre las fuentes naturales y garantizar el abastecimiento de agua a la población. Frente a esto la captación de aguas lluvias y el reúso de aguas residuales tratadas se convierten en propuestas claves ante la crisis hídrica, de modo tal que, las ciudades cuyo proceso de urbanización fue dejando de lado el ciclo hídrico y aumento el daño sobre las fuentes de agua, pueden convertirse en el elemento esencial para la restauración de ellas, pues las aguas grises y de lluvia que durante años han sido considerados como residuos urbanos, hoy pueden convertirse en recursos tanto complementarios como suplementarios del agua natural disponible. En este aspecto, los conjuntos de vivienda se presentan como un objeto clave en el desarrollo de propuestas que integren la reutilización de las aguas residuales y captación de agua lluvia, puesto que, dada la racionalización de sus diseños permiten generar intervenciones que puedan ser aplicadas en masa. Es así, que esta investigación toma como objeto de estudio a los conjuntos de vivienda 1010/1020 construidos por la CORVI a mediados de los años 60, pues debido a su alta densidad población son puntos de alta producción de aguas grises, los cuales dada la simplicidad de su diseño, facilitan su intervención, además de contar con espacios comunitarios desaprovechados los cuales pueden ser intervenidos para la captación de agua lluvia, permitiendo así la rehabilitación tanto de la estructura de sus vivienda como de su entorno. De este modo, las nuevas fuentes de agua representan no tan solo una oportunidad para hacer frente a las problemáticas derivadas de la crisis hídricas, sino que también constituyen un componente clave para la rehabilitación urbana a partir del uso del agua como objeto arquitectónico.
Cartografías anatómicas: Organizaciones de Usuarios del Agua en la cuenca del río Maule: Corinto y Maule Sur
(2023) Serrano, Manuela; Mondragón, Hugo; Hassi Gidi, José Emilio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
El agua ha sido crucial para la supervivencia de la vida en la tierra. Hoy es un tema de suma relevancia ante un panorama global de crisis hídrica, donde la extracción y la administración de este recurso es una responsabilidad compartida. Es cada vez más relevante visibilizar y comprender cómo las comunidades de regantes involucradas hacen uso del agua, cómo participan o no en su gestión y cómo el mapear esta situación puede estar al servicio de futuras políticas (intervención, tecnificación, capacitaciones). El modelo de gestión de aguas en Chile considera una instancia asociativa fundamental para su operación: las Organizaciones de Usuarios de Agua. En esta investigación se expone el caso de la cuenca del río Maule, por la relevancia de su paisaje, cultura ribereña, e historia. En el pasado, la identidad comunitaria en torno al río era muy fuerte, al punto en que se llega a hablar del “País del Maule” 1. Según varios autores, en la actualidad el paisaje ribereño maulino resiste a morir porque forma parte del modo de ser de sus habitantes 2. Un factor determinante en la elección de este caso, fue que ante la situación de crisis climática, son más relevantes los problemas en su administración que de escasez. Esto se ve reflejado en la escasa bibliografía reciente, reducida recopilación de literatura, en el estado de algunas de sus edificaciones significativas, entre otros. Se reconoce al río Maule como elemento territorial principal de la región, en términos de generación de paisajes y comunidades diversas. En su recorrido, permite ver un mosaico de paisajes 3 con procesos dinámicos, ecológicos, hídricos y geológicos a distintas escalas y tiempos. Actualmente existen mapas hidrográficos, censos, planes de gestión hídrica, informes de calidad del agua, entre otros estudios, que brindan información que puede ser adecuada para el análisis estadístico general. No obstante, es necesario revelar aspectos tangibles e intangibles relacionados con la gestión del agua. Para evidenciarlo se dibuja la cuenca del río Maule superponiendo capas de información que denotan la relación entre la gestión del agua, los usuarios del agua y el paisaje. Esta tesis examinará ¿Cómo un proyecto de representación de las Organizaciones de Usuarios del Agua en la cuenca del río Maule, en específico de las localidades de Corinto y Maule Sur; puede contribuir a un análisis del alcance de la gestión del agua en los paisajes del agua alterados por acciones antropogénicas? y más específicamente ¿Qué significan esos elementos de paisaje, arquitectura e infraestructura que es posible identificar en la cuenca del río Maule en relación con las comunidades de usuarios del agua? Se emplea la cartografía como herramienta proyectual para un análisis crítico de la relación entre los usuarios del agua, su gestión y el paisaje. El resultado de este proyecto de investigación es una cartografía anatómica que abarca desde una escala de paisaje que permita una comprensión total de la cuenca del río, hasta la descomposición de los objetos tipo que conforman los paisajes fluviales chilenos. Así se plantea una serie de mapas que revelan cómo funciona en red, lo arquitectónico, infraestructural y lo comunitario integrando registros fotográficos, planos, dibujos e imágenes.
Cierre del balance hídrico por medio de teledetección y estimación de la evolución del almacenamiento de agua subterránea en el norte de Chile
(2023) Muñoz Peña, María Cecilia; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En el norte de Chile existe una escasa oferta de agua superficial, sumado a la sequía que enfrenta el país desde el año 2010 (Garreaud et al., 2017), esto ha llevado a estados críticos de explotación del agua subterránea (Suárez et al., 2020). Los métodos convencionales de monitoreo de niveles presentan limitaciones en la densidad y cobertura de las redes de monitoreo. La misión Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE), permite estimar anomalías de almacenamiento de agua terrestre (TWS), que en conjunto con Global Land Data Assimilation System (GLDAS) entregan estimaciones de anomalías de almacenamiento de agua subterránea. Montecino et al. (2016) evaluaron por primera vez estos productos satelitales en el norte de Chile. Donde observaron diferencias significativas en términos de magnitud entre las estimaciones obtenidas con datos in-situ y con datos de teledetección. En esta investigación se busca utilizar los datos de GRACE y GLDAS para estimar la anomalía de almacenamiento subterráneo en el norte grande de Chile, mediante la metodología de cierre del balance hídrico probabilístico propuesta por Schoups & Nasseri (2021), y así analizar si productos GRACE entregan resultados mejores que los obtenidos por Montecino et al. (2016). La metodología aplicada permitió obtener un mejor resultado de la raíz del error cuadrático medio (RMSE) de 13,6 mm máximo y 13,1 mm mínimo con mascons JPL con factor de ganancia. A pesar de mejorar el resultado, las correlaciones calculadas entre los datos modelados e in-situ son bajas. Estos resultados están asociados a limitaciones en los datos de precipitación y la escasez de datos de pozo que representen la estacionalidad de la zona. Por lo que se presenta como oportunidad de mejora a este estudio abordar el problema con enfoque de representación de acuífero para evaluar si los productos satelitales permiten reducir la escala de la zona de estudio. Además, como mejora al modelo se puede incorporar las extracciones asociadas a la cuenca, con el objetivo de reducir la incertidumbre de la representación. Respecto a la incertidumbre asociada a la precipitación, se debe evaluar la implementación de otros productos satelitales en sustitución del CR2MET. Finalmente, respecto a los datos obtenidos por la metodología de Schoups & Nasseri (2021) en la zona de estudio, se debe considerar evaluar sus resultados comparándolos con el balance hídrico nacional desarrollado por la DGA durante el 2017.
Climate and land use change effect over hydrologic signatures
(2023) Henríquez Dole, Lenín Esaú; Gironás León, Jorge Alfredo; Meza, Francisco Javier; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Agua y territorio están íntimamente vinculados. Algunos fenómenos relacionados con el uso del suelo, como la expansión urbana o de la agricultura, pueden causar cambios en el régimen hídrico. Claramente, la gestión integrada de los recursos hídricos y la planificación territorial están conectadas. Sin embargo, sus vínculos no siempre son directos. En esta investigación, proponemos la modelación como técnica para conectar el territorio y el agua, históricamente y en el futuro, especialmente si se hace de manera espacialmente explícita, integrada (multidisciplinaria) y a diferentes escalas. Los escenarios de uso del suelo, junto con los escenarios de cambio climático, han demostrado proporcionar conocimientos valiosos para la evaluación de impactos de la planificación del territorio bajo condiciones climáticas futuras. Además, las condiciones políticas obtenidas de la planificación estratégica del uso del suelo se integraron en la modelación, y se compararon con las tendencias. Las métricas del paisaje, derivadas de estos escenarios de uso del suelo, se han utilizado para la evaluación de dichas configuraciones del paisaje (por ejemplo, fragmentación urbana) y se han validado por la comunidad. Adicionalmente, estas métricas del paisaje se han relacionado con las huellas hidrológicas, lo que demuestra que existe una relación y que puede medirse; en otras palabras, a partir de un mapa del paisaje se pueden estimar los efectos en el régimen hidrológico. Finalmente, dado que la mayoría del agua disponible se usa en agricultura, los escenarios de uso del suelo se introdujeron en un modelo de gestión del agua agrícola para la evaluación de los escenarios de cambio climático en áreas de riego. Aunque la protección de la conversión de las áreas de riego en áreas urbanas puede parecer beneficiosa, bajo estos escenarios futuros la demanda no satisfecha aumenta y la fiabilidad del sistema disminuye debido al aumento de la superficie regada, la temperatura y la disminución de la precipitación o agua disponible. Esto abre un nuevo campo de investigación en el que los gestores del agua pueden trabajar juntos con los planificadores territoriales para evaluar los efectos de la configuración del territorio sobre la hidrología.
Co-optimization of electric networks and integrated water supply systems: joint planning as a cost-effective solution for water-scarce areas
(2023) Andrade Hernández, Sebastián Alejandro; Sauma Santis, Enzo Enrique; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Dado el creciente uso de la desalinización para satisfacer las demandas de agua, especialmente en regiones áridas, una solución costo-efectiva es la adopción de un sistema integrado de suministro de agua compartido por varios usuarios. Reconociendo las similitudes entre agua y energía, y la naturaleza intensiva en energía de la desalinización, este estudio explora el nexo agua-energía, aplicando técnicas de planificación energética a la planificación de redes de agua desalinizada, optimizando ambos recursos de manera conjunta. Aborda factores complejos, como restricciones de transmisión, generación descentralizada, estacionalidad, factores de capacidad horarios, perdidas por fricción en tubería de agua, y diversas tecnologías de generación y desalinización, dentro de un modelo lineal co-optimizado. Se realiza un caso de estudio en la región de Antofagasta para validar el modelo, caracterizada por su escasez de agua, un abundante potencial renovable y puntos de demanda en altitudes elevadas, proyectados hasta 2050. El análisis también evalúa la preparación de una red de desalinización integrada para satisfacer las demandas de agua. Los principales hallazgos destacan la importancia de considerar las leyes de Kirchhoff al planificar redes integradas de agua y energía, especialmente cuando los costos de transporte de agua son sustanciales, ya que esto lleva a resultados económicos superiores comparándolos con enfoques no cooperativos. Si bien las perdidas por fricción representan una fracción relativamente menor del consumo de energía, influyen significativamente en el tiempo de las inversiones. Notablemente, la región de Antofagasta no está preparada para satisfacer toda su demanda de agua y su demanda de energía asociada. Al año 2050, la desalinización podría contribuir hasta un 17% del total de la demanda energética en la región, resaltando la necesidad de políticas efectivas para abordar este desafío.
Comparación de dos métodos agronómicos y uno geofísico para la determinación del estatus hídrico de suelo y planta en condiciones naturales y de cultivos frutales
(2023) Schmidt Kamp, José Andrés; Gil Montenegro, Pilar Macarena; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal
The current mega drought in Chile represents a major problem for fruit crops of the central regions and its native vegetation, the sclerophyll forest. The traditional methods to determine soil water status used in agriculture fail to deliver data that is representative of the soil profile in which roots from vegetation are distributed, due to non-uniformity in the soil texture. Electric Resistivity Tomography method (ERT) solves this problem by measuring the soil profile entirely at several depths. In this study, measurements of soil moisture were carried out in fruit orchards (apples and almonds), and in three locations with native vegetation, during a whole season following the same transect. Measurements include: Soil moisture by Frequency domain Reflectometry (FDR) and gravimetric method, soil apparent resistivity by ERT; and four physiological parameters taken in adjacent plants: stomatal conductance (gs), midday stem water potential (ψMD), maximum yield of PSII (Fv/Fm) and chlorophyl concentration. Both FDR and gravimetric methods had difficulties to explain the behavior of vegetation because they assume a point based humidity data as representative of the entire soil profile. The best method to predict the ecophysiological behavior in apple and in natural conditions was ERT.
Complexity, lower bounds, and algorithms for searching infected nodes in uncertain trees
(2023) Baboun Larach, José; Verschae, José; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Abordamos el desafío de identificar nuevos brotes de COVID-19 a través de la red de aguas residuales de una ciudad. Es posible que tengamos información parcial de la red. En particular, una serie de tuberías no identificables que aparecen en los datos no transportan flujo en la realidad. Resolvemos el problema de encontrar nuevos brotes realizando una secuencia de consultas adaptativas en los nodos de un grafo acíclico dirigido, el cual modela la red. Una consulta determina si el nodo infectado envía agua contaminada a través del nodo consultado, asumiendo que el agua fluye a través de un árbol dirigido desconocido. Nuestro modelo es robusto ante cualquier realización del árbol. Mostramos que el problema es NP-difícil cuando se intenta minimizar el número de consultas en el peor caso. Luego presentamos algunas características de la solución óptima, incluyendo propiedades y cotas inferiores para los escenarios promedio y peor caso. Demostramos que el treewidth del grafo no es una cota inferior de la altura de la estrategia de búsqueda óptima. Para resolver el problema computacionalmente, presentamos tres algoritmos heurísticos. El Algoritmo de Entropía proporciona soluciones efectivas cercanas a la solución óptima para el caso sin incertidumbre. Sin embargo, su tiempo de ejecución puede ser exponencial en el número de diferentes caminos del grafo. El Algoritmo de Separación de Caminos retorna resultados ligeramente peores, pero se puede implementar en tiempo polinomial. Finalmente, conectamos con el marco de Group Testing. Damos un algoritmo óptimo para el caso sin restricciones en el tamaño del conjunto a testear, así como una 5-aproximación para cuando este tamaño está acotado por el número separador del grafo multiplicado por el grado de entrada. Nuestros hallazgos tienen impacto en las áreas de Group Testing, investigación de operaciones, diseño de algoritmos y epidemiología en aguas residuales.
Conservación Activa del Paisaje Altiplánico desde los Intersticios Mineros: Caso Salar de Maricunga
(2024) Sandoval Vallejos, Jonathan Ignacio; Moreno Flores, Osvaldo; Arizaga, Ximena; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
La investigación proyectual aborda el impacto de la extracción minera en paisajes altiplánicos frágiles desde la arquitectura del paisaje, en dónde se reconoce un espacio de oportunidad para diseñar soluciones que integren los usos productivos, científicos y turísticos en el salar de Maricunga con el fin de promover la conservación del paisaje. En el marco de las Evaluaciones de Impacto Ambiental, la minería del Litio ha tenido el permiso para la exploración y explotación del recurso mineral en territorios desérticos altiplánicos, específicamente en salares, como fuente principal de Litio; las operaciones mineras han perturbado el ambiente altoandino, como se ha visto en múltiples salares entre Chile, Argentina y Bolivia. Lo anterior es el punto de partida para situar la investigación considerando el recurso hídrico, como sostenedor de la vida en el desierto más árido del mundo, y contrastarlo con la actividad productiva que está en auge actualmente, entendiéndola como una minería del agua. Esto se respalda en la búsqueda de una transición energética, en donde la sociedad contemporánea se ha enfocado en el producto resultante del proceso de extracción del metal. Así, el modo de operar en los salares provoca una pérdida de los valores naturales, sin realizar medidas de mitigación adecuadas respecto a la fragilidad ecológica que presentan estos hábitats y las especies endémicas y micro endémicas que existen en el territorio. La investigación propone estrategias y un diseño, bajo lo establecido por las declaraciones ambientales de proyectos de extracción, en el salar de Maricunga para su conservación de manera activa, es decir, una adecuada protección de áreas con fragilidad ecológica y una integración de las actividades tanto productivas como científicas y turísticas. El proyecto considera operaciones de reutilización de los descartes mineros, nuevas circulaciones de agua superficial y activación de espacios en una nueva estructura que articula las actividades mineras que han convertido al salar en un campo de maniobras, en conjunto con las áreas de mayor fragilidad en el sistema, para promover las investigaciones científicas y del Estado, como también el desarrollo del turismo como mecanismo de control en un paisaje alterado.
Cuantificación del progreso del Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 en Chile: un enfoque holístico y local
(2023) Madrazo Ortega, Daniela Ivannova; Molinos Senante, María; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La implementación de la Agenda 2030 en Chile no ha sido medida de forma integral principalmente por la falta de la información necesaria para cuantificar los indicadores de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). En particular, para el ODS 6, que es de especial importancia en un país que enfrenta una crisis hídrica, solo se ha medido parcialmente el cumplimiento de este con énfasis en las metas asociadas al suministro de agua potable, servicios de saneamiento y estrés hídrico. Por esto, el objetivo de este estudio es evaluar de forma cuantitativa y holística el cumplimiento del ODS 6 en Chile, incorporando todas las metas que considera este objetivo. Para ello, se propone un acercamiento al problema de tres etapas: análisis crítico de los indicadores del ODS 6 usando los criterios SMART (specific, measurable, achievable, realistic, time-bound), propuesta de indicadores locales o de metodologías para la medición de los originales, y por último cálculo de un índice compuesto como una medida sintética que refleje el progreso del ODS 6. Los resultados arrojan que en Chile no se ha alcanzado ninguna de las metas del ODS 6 y que su principal debilidad es la falta de implementación de la gestión integrada de recursos hídricos, la falta de acuerdos transfronterizos en materia hídrica y la falta de participación comunitaria en las decisiones asociadas a la gestión hídrica. Por el contrario, el país ha alcanzado niveles cercanos a las metas asociadas al suministro de agua potable y saneamiento. Esta investigación provee de un grupo de indicadores locales específicos para Chile, siguiendo los lineamientos de la ONU y de estudios previos, que pueden ser medidos de forma pragmática y económica.
De máquina energética a máquina de paisaje: Parque Humedal Lago Rapel: estrategias para la revalorización, consolidación y democratización del borde dinámico
(2023) Santander Lizama, Benjamin; Saravia Ortiz, Gloria; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
Bajo el título “De máquina energética a máquina de paisaje. Parque Humedal Lago Rapel: Estrategias para la revalorización, consolidación y democratización del borde dinámico.”, se aborda el Lago Rapel, cuerpo de agua artificial creado para fines energéticos, desde los conflictos evidenciados tanto por la ocupación y privatización de su borde como por el espesor fluctuante de su orilla. Se plantea la necesidad de intervenir a través de un proyecto de arquitectura del paisaje en un territorio que no tiene una identidad lacustre definida, donde hay diferentes ecosistemas que buscan apresuradamente adaptarse a un territorio en una condición artificial y donde no existe una definición programática de borde que garantice el acceso democrático al paisaje asociado al lago y su borde. Para ello, se propone la construcción de un conjunto de estrategias y mecanismos provenientes de la disciplina que permitan establecer y consolidar la transformación del Lago Rapel desde una máquina energética a una máquina de paisaje.
Determining advective fog variability and stratocumulus cloud vertical structure combining a thermodynamic characterization of the marine boundary layer with a ground optical fog observation system
(2022) Huamán Sevilla, Zeidy Lisseth; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La nube estratocúmulo (Sc), responsable de la formación de niebla advectiva en la costa del Desierto de Atacama, es una valiosa fuente de agua dulce sin explotar con potencial para enfrentar la escasez de agua en esta región. Sin embargo, se sabe poco acerca de características como la variabilidad estacional de la niebla y la estructura vertical de la nube que son esenciales para evaluar el potencial hídrico de recolección de niebla. Para investigar estas características, se combinó una caracterización termodinámica de la temperatura potencial (θ) y la humedad específica (q) en la capa límite marina (MBL) con un sistema de observación óptico de niebla (GOFOS) que mide directamente la variabilidad espaciotemporal de la niebla. Los gradientes verticales θ y q se emplean para encontrar umbrales estacionales que definen los regímenes de MBL relacionados con la formación (MBL bien mezclada) y disipación de niebla (MBL estratificada); la elevación del nivel de condensación (LCL) y redes neuronales artificiales (ANN) se utilizaron para estimar la elevación de la base de la nube Sc (CB). Además, se utilizaron modelos de regresión lineal múltiple (MLRM) y ANNs para encontrar la elevación del techo de la nube Sc (CT). A pesar de que se observó una variabilidad estacional de los gradientes verticales de θ y q, los umbrales que definen los regímenes de MBL relacionados con la formación de niebla son casi constantes a lo largo del año. La detección de niebla usando los gradientes verticales de θ coincidió el 95% del tiempo durante el invierno y la primavera, mientras que la detección de niebla usando los gradientes q coincidió en ~69% en las mismas estaciones. Un análisis de regresión logística demostró que los eventos de niebla se pueden clasificar con una buena precisión (0,82), utilizando solamente θ como variable predictiva. Los CB’s estimados con ANNs muestran una mejor concordancia (r2 = 0.67) con las observaciones de GOFOS a lo largo del año, en comparación con el método LCL; con errores menores al 4%. Finalmente, tanto MLRM como ANN muestran una buena concordancia con las observaciones de GOFOS para estimar CT (r2 = 0.84 y r2 = 0.92, respectivamente; con errores menores al 4%). Los resultados de este estudio revelan que las características esenciales de la formación de niebla y su variabilidad estacional se pueden aproximar a través de observaciones meteorológicas estándar.
Embalses como infraestructuras de resistencia a la sequía y configuradores de paisaje: estrategias para su integración y resiliencia en el paisaje del agua: el caso del embalse Puclaro
(2022) Espinoza Ravanal, María Alejandra; Saravia Ortiz, Gloria; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
El cambio climático global ha desencadenado en Chile un proceso de sequía durante los últimos 20 años, lo que ha implicado asumir estrategias entre las cuales se encuentra la de crear embalses, con el objetivo de recoger y acumular el agua de escorrentía que, de otra forma, terminaría en el mar. En Chile hay alrededor de 60 embalses, enfocados principalmente a dar seguridad de riego y agua para consumo humano. A pesar de los beneficios que estas estructuras traen como elementos de soporte ante la escasez hídrica, son controversiales debido al costo ambiental y social que conllevan. El deterioro del ecosistema ripario provocado al interrumpir el libre flujo del río que estructura la cuenca y la inundación de territorios habitados, conllevan una pérdida de servicios ecosistémicos desde los de regulación, como purificación de aguas y control de microclima , hasta culturales por el valor social asociado al sector en términos de identidad y patrimonio. Esta tesis postula que, dados estos costos, la mirada netamente productiva sobre el embalse, y sobre el sistema hídrico, favorece la disociación entre la infraestructura y su entorno generando una distancia cultural con el mismo, que se puede traducir en degradación del paisaje del agua. Se investiga el caso del embalse Puclaro, que regula el caudal del río Elqui en la región de Coquimbo, y que fue creado con el objetivo principal de dar seguridad de riego en el valle y de agua potable a la ciudad de La Serena y Coquimbo, zonas donde históricamente ha escaseado este recurso. Se pretende abordar la problemática generada por esta infraestructura a nivel de paisaje, entendiéndola como un elemento clave del sistema hídrico en escenario de sequía, que tiene el potencial de activar dinámicas sociales y procesos ecosistémicos en su entorno, que pueden configurarse como servicios para la comunidad en un marco de desarrollo sostenible.
Estudio genético en variedades contrastantes a la sequía de trigo candeal (Triticum turgidum var. durum L.) y su efecto en los componentes de rendimiento
(2024) Villarroel Muñoz, Valentina; Schwember Neira, Andrés R.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Agronomía y Sistemas Naturales
El trigo es una de las especies vegetales más antiguas cultivadas por el ser humano siendo un elemento esencial en la dieta de la mayoría de los habitantes del planeta. El trigo candeal (Triticum turgidum L. ssp. durum) representa solo una fracción de la producción total de trigo en el mundo, sin embargo, el trigo candeal chileno ha presentado una alta calidad y rendimiento que lo posiciona excepcionalmente en la industria agrícola. El cultivo de trigo candeal se ha visto históricamente afectado por las condiciones de sequía, comprometiendo no solo el desarrollo del cultivo sino que también su rendimiento. Se realizó un análisis genético de dos variedades de trigo con índices de tolerancia a la sequía contrastantes, con el objetivo de identificar genes asociados a una mayor tolerancia al estrés hídrico. Para ello se llevó a cabo un estudio transcriptómico basado en RNA-seq, que, acompañado con el uso de herramientas bioinformáticas, logró determinar los las funciones biológicas enriquecidas y los genes diferencialmente expresados de cada genotipo. Se reportó que, dentro de las funciones biológicas enriquecidas en condiciones de estrés hídrico, encontramos la síntesis de fitohormonas como ácido salicílico (SA) y ácido abscísico (ABA) y además la síntesis de metabolitos secundarios. Adicionalmente, a partir de los genes diferencialmente expresados del genotipo tolerante logramos identificar alta expresión de genes asociados a tolerancia a la sequía tales como AGAL1, RAB18, PLD y RCI3. Finalmente, cabe destacar que dentro del estudio de expresión diferencial encontramos genes no identificados que pueden ser de gran relevancia, abriendo la puerta para futuras investigaciones.
Estudios avanzados del uso de Polimetilhidrosiloxano, Polietileno Tereftalato y factores de agitación y temperatura de secado en el desempeño de placas de yeso
(2024) Romano Matos, Victoria Enriqueta; Videla Leiva, Álvaro Rodrigo; Tundidor Camba, Alain; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las placas de yeso son materiales de construcción ampliamente usadas en las edificaciones por su fácil instalación y por las propiedades que aportan en las diferentes zonas donde se instalan. Las placas son fabricadas en base a la reacción de hidratación de sulfato de calcio hemihidrato (HH) a sulfato de calcio dihidrato (DH) que es el corazón endurecido de las placas de yeso. Estudios previos muestran que la incorporación de cualquier aditivo o material a la reacción de hidratación afecta en la morfología de los cristales del dihidrato formado, así como en su porosidad final. Además, la variación del tiempo de agitación durante la reacción, así como el efecto de la temperatura sobre el dihidrato formado tienen efecto sobre las propiedades del material obtenido. Esta investigación tiene dos partes, en la primera se analizó el comportamiento de un aditivo sobre la reacción de hidratación en condiciones similares a las aplicadas durante su fabricación. Un tipo de placa de yeso con propiedades de mayor resistencia a la humedad se obtiene al incorporar un aditivo con repelencia al agua, en este estudio se usa polimetilhidrosiloxano (PMHS). El estudio muestra que la porosidad y los cambios morfológicos que se presentan en los cristales de sulfato de calcio dihidrato con diferentes dosis de polimetilhidrosiloxano, las temperaturas de secado después del fragüe y los diferentes grados de homogeneidad de la mezcla, influyen significativamente en el desempeño de las placas de yeso. En la segunda parte de la investigación se estudia el desempeño de placas de yeso con polimetilhidrosiloxano incorporando residuos de microplásticos de polietileno tereftalato reciclado (PET) de manera de mejorar la resistencia al agua de las placas mediante el reúso de un residuo. Se estudia la variación de tres factores: dosis de polimetilhidrosiloxano (D), tiempo de agitación (H) y temperatura de secado después de fraguado (T). En el proceso experimental, se fabricaron y ensayaron placas de yeso para determinar la absorción de agua, la resistencia a la flexión y la conductividad térmica siguiendo una matriz de diseño experimental. Los resultados obtenidos muestran que incorporando hasta un 10% de microplásticos de polietileno tereftalato reciclado se logran cambios positivos en la absorción de agua y en la conductividad térmica. Además, se estima una disminución de 10% de emisiones de CO2 y un 5% menos de consumo de materias primas (HH, agua y PMHS) al incorporar el PET y principalmente se consume el microplástico lo que disminuye su presencia en el medioambiente. Los cambios morfológicos en los cristales fueron estudiados con las técnicas de microscopia electrónica de barrido (SEM), microanálisis por dispersión de energías de rayos-X (EDX), el programa IMAGEJ y los efectos en la porosidad con la microtomografía computarizada de rayos X (MICRO-CT).
Evaluation of machine learning algorithms for estimating soil water characteristics obtained by basic soil data in Central Chile
(2023) Acevedo Godoy, Sara Ester; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las curvas de retención de agua en el suelo (SWRC) son mediciones hidrofísicas de alto costo y que requieren mucho tiempo, y que a menudo no son incluidas en los estudios de suelos ni en los análisis de rutina. Esta falta de mediciones hidrofísicas del suelo hace necesario el desarrollo de funciones de pedotransferencia (PTF), para determinados valores de succión (PTF puntuales) o para parámetros de forma de la curva (PTF paramétricas). Por lo tanto, la construcción de PTFs específicas de una región requiere conjuntos de datos detallados ricos en variabilidad, que son escasos. El objetivo de este estudio fue desarrollar un conjunto de datos hidrofísicos de suelos para los suelos chilenos, con el fin de complementar la falta de mediciones regionales de capacidad de campo (FC) y los parámetros de van Genuchten. La medición de la capacidad de campo (FC) es importante para comprender con precisión la dinámica hídrica del suelo. Por lo tanto, la FC debe obtenerse a partir de muestras de suelo inalteradas, para representar la condición natural del suelo. La reducida disponibilidad de datos de FC inalterada y la llegada de mediciones alternativas (métodos simplificados de evaporación y punto de rocío) han abierto muchas oportunidades para el desarrollo de funciones de pedotransferencia (PTFs) y la exploración de variables predictoras. Además, en este estudio se desarrolló un conjunto de datos hidrofísicos del suelo para comparar el ajuste VG unimodal con el bimodal en una amplia gama de propiedades del suelo. Basándose en este conjunto de datos, se evaluaron algoritmos de aprendizaje automático (redes neuronales artificiales, bosque aleatorio y Cubist) para la estimación de parámetros individuales de θs, θr, α1, n1, α2, n2 y w2 y FC en diferentes condiciones (disturbadas y no disturbadas). Nuestros resultados mostraron que los datos SWRC obtenidos utilizando el método de evaporación simplificada (SEM) junto con el método del punto de rocío (DP) conducían a un mejor ajuste cuando se utilizaba la parametrización VG bimodal, en la que la bimodal proporcionaba valores de θr más realistas que los obtenidos utilizando la parametrización VG unimodal. Se propuso y probó un conjunto de PTF para FC y parámetros bimodales. Con respecto al rango de succión SWRC, los conjuntos propuestos de PTF paramétricas tuvieron menos sesgo en el rango seco. Los resultados indican que el conjunto de datos hidrofísicos del suelo desarrollado y las PTF bimodales paramétricas derivadas pueden incluir la bimodalidad en la predicción de SWRC. Los resultados demostraron que si se tienen en cuenta las variables estructurales, se pueden desarrollar con éxito PTFs adecuadas para predecir la FC (tanto en muestras perturbadas como no perturbadas). Las PTFs desarrolladas en este estudio tienen métricas de precisión similares a las de estudios previos, pero utilizando menos predictores y siendo adecuados para predecir la FC en diferentes tipos de muestras de suelo. Por último, se evaluaron las propiedades físicas del suelo cerca de la superficie afectadas por la temperatura provocada por los incendios forestales. Los parámetros que describen el SWRC pueden obtenerse midiéndolos o derivándolos mediante funciones de pedotransferencia (PTF). Sin embargo, las PTF se han desarrollado utilizando datos de suelos agrícolas sin grandes eventos de calentamiento; por lo tanto, no es seguro que la estimación de los parámetros en suelos afectados por incendios sea fiable. El ampliamente utilizado PTF Rosetta se comparó con mediciones reales en dos condiciones: no afectado y afectado por el fuego. Las implicaciones para la modelización hidrológica se tradujeron en un menor contenido anual de agua y una mayor infiltración cuando se utilizaron las entradas de Rosetta en comparación con las entradas basadas en el SWRC medido.

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