Centro Tecnologico de Hidrologia Ambiental

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CTHA, CENTRO TECNOLÓGICO DE HIDROLOGÍA AMBIENTAL

Development of Upstream Data-Input Models to Estimate Downstream Peak Flow in Two Mediterranean River Basins of Chile

Roberto Pizarro-Tapia, Rodrigo Valdés-Pineda, Claudio Olivares, Patricio A. González. 2014.. Open Journal of Modern Hydrology, 2014, 4, 132-143. Published Online October 2014 in SciRes.

Accurate flood prediction is an important tool for risk management and hydraulic works design on a watershed scale. The objective of this study was to calibrate and validate 24 linear and non-linear regression models, using only upstream data to estimate real-time downstream flooding. Four critical downstream estimation points in the Mataquito and Maule river basins located in central Chile were selected to estimate peak flows using data from one, two, or three upstream stations. More than one thousand paper-based storm hydrographs were manually analyzed for rainfall events that occurred between 1999 and 2006, in order to determine the best models for predicting downstream peak flow. The Peak Flow Index (IQP) (defined as the quotient between upstream and downstream data) and the Transit Times (TT) between upstream and downstream points were also obtained and analyzed for each river basin. The Coefficients of Determination (R2), the Standard Error of the Estimate (SEE), and the Bland-Altman test (ACBA) were used to calibrate and validate the best selected model at each basin. Despite the high variability observed in peak flow data, the developed models were able to accurately estimate downstream peak flows using only upstream flow data.

The use of the exponent K(q) function to delimit homogeneous regions in regional frequency analysis of extreme annual daily rainfall.

A. P. García-Marín, J. Estévez, C. Sangüesa-Pool, R. Pizarro-Tapia, J. L. Ayuso-Muñoz and F. J. Jimenez-Hornero. 2014. Hydrological Processes.

The regional frequency analysis of extreme annual rainfall data is a useful methodology in hydrology to obtain certain quantile values when no long data series are available. The most crucial step in the analysis is the grouping of sites into homogeneous regions. This work presents a new grouping criterion based on some multifractal properties of rainfall data. For this purpose, a regional frequency analysis of extreme annual rainfall data from the Maule Region (Chile) has been performed. Daily rainfall data series of 53 available stations have been studied, and their empirical moments scaling exponent functions K(q) have been obtained. Two characteristics parameters of the K(q) functions (maxand K(0)) have been used to group the stations into three homogeneous regions. Only five sites have not been possible to include into any homogenous regions, being the local frequency analysis of extreme daily rainfall the most appropriate method to be used at these locations.

A simplified storm index method to extrapolate Intensity-Duration-Frecuency (IDF) curves for ungauged stations in Central Chile.

Pizarro, R; Valdés, R; Abarza, A and García-Chevesich, P. Hydrological Processes Journal. 2014.

Most of meteorological stations in Chile register rainfall amounts once every 24h. The creation of intensity–duration–frequency (IDF) curves requires continuous recorded data, and this insufficiency of proper instrumentation has resulted in a lack of IDF curves nationwide. The objective of this study is to further develop and evaluate the feasibility of a new method to estimate IDF curves in ungauged stations under Mediterranean climates of central Chile. A technique used to address this problem is the use of a storm index (SI), also known as the ‘K’ method, which allows the construction of IDF curves from stations with discontinuous data, by extrapolating data from stations with continuous records, as long as daily rainfall intensities for both stations differ by less than 2mmh-1. To test the applicability of this method, SI values were calculated for 40 meteorological stations located throughout Central Chile (latitudes 30°S to 40°S). The extrapolated IDF curves were then compared with observed data, and the goodness of fit was determined. The results indicate that the storm index method can adequately estimate hourly IDF curve values for stations lacking of continuous rainfall data.

Water Governance in Chile: Availability, Management and Climate Change. Journal of Hidrology.

Valdés, R; Pizarro, R; García-Chevesich, P; Valdés, J; Pérez, F; Olivares, C; Vera, M; Balocchi, F; Vallejos, C; Fuentes, R; and Abarza, A.. 2014.

Chile has a unique geography that provides an extraordinary variety of climatic conditions and availability of water resources. The objective of this manuscript was to describe and analyze the spatial and temporal distribution patterns, as well as the management of water resources, along a country with a narrow distance from the Andes Mountains to the Pacific Ocean. This presents challenges to water governance from data collection and analysis perspectives, and for administration of the resource. The Water Resources Directorate (Dirección General de Aguas, DGA), is the federal government organization in charge of the water resources of the country. The DGA and other relevant public and private institutions are examined in terms of competition and conflict resolution across different scales and levels of interaction associated with water resources governance. Both monitoring stations (rainfall, streamflow, water quality, groundwater, sediment and snowfall), and the Chilean management and legislation of water resources are also analyzed. Finally, the success (or lack) of the national administration to upgrade its monitoring stations and equalize water resources distribution throughout the country is discussed including the influence of climate change on data collection, and decision making across different scales of water governance.

Respiratory disease and particulate air polution in Santiago Chile: Contribution of erosion particles from sediments. Enviromental Pollution.

García-Chevesich, P; Alvarado, S; Neary, D; Valdés, R; Valdés, J; Aguirre, J; Mena, M; Pizarro, R; Jofré, P; Vera, M; Olivares, C..2014.

Air pollution in Santiago is a serious problem every winter, causing thousands of cases of breathing problems within the population. With more than 6 million people and almost two million vehicles, this large city receives rainfall only during winters. Depending on the frequency of storms, statistics show that every time it rains, air quality improves for a couple of days, followed by extreme levels of air pollution. Current regulations focus mostly on PM10 and PM2.5, due to its strong influence on respiratory diseases. Though more than 50% of the ambient PM10s in Santiago is represented by soil particles, most of the efforts have been focused on the remaining 50%, i.e. particulate material originating from fossil and wood fuel combustion, among others. This document emphasizes the need for the creation of erosion/sediment control regulations in Chile, to decrease respiratory diseases on Chilean polluted cities.

Inland water bodies in Chile can locally increase rainfall intensity.

Pizarro, R., P. Garcia-Chevesich, R. Valdes, F. Dominguez, F. Hossain, C. Olivares, C. Morales and F. Balocchi. Journal of Hydrology, 481:56-63. 2013.

Analysis of precipitation observations from Chile indicated that man-made water reservoirs might be affecting the intensity of extreme precipitation events. Fifty rain gauges were used to evaluate rainfall intensities under different climates, using the Gumbel method (T = 5 and 100 years) and average maximum recorded rainfall intensities to construct IDF curves for each station. A spatial analysis of the stations was undertaken to establish graphical relationships on documented maximum annual rainfall intensities for 1 h and those obtained by the Gumbel method as a function of latitude, longitude, elevation, and the distance from water bodies. The Mann–Whitney U test was applied with an error of 5%. Values obtained from stations located close to water bodies were compared to those located away from them. The results show significant changes in dryer climates.

Multidecadal variations in annual maximum peak flows in semi-arid 2 and temperate regions of Chile.

Roberto Pizarro, Mauricio Vera, Rodrigo Valdés, Bridget Helwig and Claudio Olivares. Hydrological Sciences Journal, DOI:10.1080/02626667.2013.803182.

In determining the possible influence of climate change, it is important to understand the temporal and spatial variability in streamflow response for diverse climate zones. Thus, the object of this study was to determine the presence of changes in annual maximum peak flow for two climate zones in Chile over the past few decades. A general analysis, a flood frequency analysis, and a trend analysis were used to study changes in annual maximum peak flow values between 1975 and 2008 for semi-arid (latitudes 29°S to 32°S) and a temperate (latitudes 36°S to 38°S) climatic zones. The historic annual maxima, minima, and mean flow, as well as decadal mean peak flow were compared over the period of record. The Gumbel distribution was selected to compare the 30-year flood values of two 15 year intervals, which showed that streamflow decreased by an average of 19.5% in the semi-arid stations and increased by an average of 22.6% in the temperate stations. The Mann-Kendall test was also used to investigate the temporal changes in streamflows observing negative trends in 87% of the stations analyzed in semi-arid zones, and positive trends were observed in 57% of the stations analyzed in temperate zones. These differences in streamflow response between both climate zones could be related to recent documented increases in the zero degree isotherm in the Andes Mountain of Chile since most of the significant positive and negative changes were detected in first-order rivers located closer to the Andes mountain range.

On redefining the onset of baseflow recession on storm hydrographs.

R. Pizarro-Tapia, F. Balocchi-Contreras, P. Garcia-Chevesich, K. Macaya-Perez, Per Bro, L. León-Gutiérrez, B. Helwig, and R. Valdés-Pineda. Open Journal of Modern Hydrology, 3;269-277. 2013.

Two methods that define the point of baseflow recession onset were compared using storm hydrograph data for 27 storm events that occurred between 1982-1995 in the Upeo watershed located in the Andes mountain range in central Chile (Figure 1). Three well-known baseflow recession equations were used to determine whether the method we are proposing here, that defines baseflow recession onset as the third inflection point on the logarithmic graph of the falling limb of the storm hydrograph, more accurately models observed data than the most widely used method that defines baseflow onset as the second inflection point on the same graph. Five time intervals were used to modify the recession coefficient in search of a more accurate fit. Results from the coefficient of determination, standard error, Mann-Whitney U test, and Bland-Altman test suggest that redefining baseflow recession onset via the proposed approach more accurately models baseflow recession behavior.

Influence of climate change on peak flow behavior in central Chile.

Roberto Pizarro, Francisco Balocchi, Mauricio Vera, Alejandra Aguilera, Carolina Morales, Rodrigo Valdés, Claudia Sangüesa, Carlos Vallejos, Roberto Fuentes, Alejandro Abarza and Claudio Olivares. Rev. Ciencia y Tecnología del Agua, 4(2):5-19. 2013.

El presente estudio analizó la influencia del cambio climático en el comportamiento de los caudales punta en la Región Metropolitana, Región del Libertador Bernardo O`Higgins y la Región del Maule, en la zona central de Chile. Para ello, se utilizó la FDP de Gumbel, con la que se obtuvieron los mejores resultados para ajustar los caudales punta, los cuales se analizaron para los periodos de retorno de 10, 20, 30, 40 y 50 años. Se concluye, gracias a la segmentación de los datos a través de series en un periodo dado, que los caudales presentan una tendencia a registrar mayores valores en los periodos más actuales. Esto se visualizó con los valores promedio, gráficas de tendencia y ajustes de funciones de distribución de probabilidad. Finalmente se pudo evidenciar de manera gráfica y estadística que en los últimos años ha existido un aumento de los caudales máximos anuales, lo cual podría confirmar desde el punto de vista hidrológico procesos de cambio climático que de forma eventual han generado un mayor aporte de caudales a través de la disminución de las reservas de nieve y el retroceso glaciar por el aumento de las temperaturas.

Análisis comparativo de tres hidrogramas unitarios sintéticos en dos cuencas mediterráneas de Chile, Región del Maule.

Roberto Pizarro-Tapia, *Francisco Balocchi-Contreras, Fernando Andrade-Vilaró, Claudia Sangüesa-Pool, José Vargas-Baecheler, Carolina Morales-Calderón, Mauricio Vera-Camiroaga, Rodrigo Valdés-Pineda, Carlos Vallejos-Carrera, Romina Mendoza-Mendoza, Claudio Olivares-Santelices, Alejandro Abarza-Martínez y Roberto Fuentes-Lagos. Revista Chapingo Serie Ciencias Forestales (en prensa, 2013).

En el presente artículo se realiza un análisis comparativo de tres métodos para obtener hidrogramas unitarios sintéticos (HUS). Se analizan los métodos de Snyder, modificado para Chile por Arteaga y Benítez, el método del “U.S. Bureau of Reclamation” y el método de Témez, en dos cuencas ubicadas en la zona mediterránea de Chile. Para esto, se realizó una caracterización morfológica y vegetacional de cada cuenca. Además se utilizó la información de tres tormentas reales, con intensidades clasificadas como alta, media y baja, a fin de obtener los hidrogramas de escorrentía directa (HED) para ambas cuencas. Para obtener la escorrentía asociada a los eventos de precipitación, se utilizó la metodología del número de curva. Se demostró que, a nivel general, los HUS utilizados no presentaron diferencias estadísticamente significativas (P=0,05) para ambas cuencas. Por otra parte, se evidenció que para una de las cuencas en estudio, la metodología del HUS de Snyder, es la única que genera diferencias estadísticamente significativas en los HED respecto a los otros métodos y sólo bajo una tormenta de alta intensidad.

Latitudinal analysis of rainfall intensity and mean anual precipitación in Chile.

Roberto Pizarro, Rodrigo Valdés, Pablo García-Chevesich, Carlos Vallejos, Claudia Sangüesa, Carolina Morales, Francisco Balocchi, Alejandro Abarza and Roberto Fuentes. Chilean Journal of Agricultural Research 72(2): 252-261. 2012.

The study and analysis of precipitation has become a crucial tool in understanding the temporal and spatial behavior of water resources, in terms of availability and impact on extreme events. The objective of this study was to evaluate different rainfall parameters (intensities for 1-h duration D = 1 h and return periods of T = 5 and 100 yr, and mean annual precipitation) for different latitudinal and climatic zones in Chile. We analyzed the information recorded on thousands of pluvial bands and rain gauges for 49 stations; this because it is unclear how rainfall intensities change along the country (though total amounts do), in addition to a lack of literature focused on ranges and amounts on the behavior of rainfall variables. The Gumbel probability distribution function (PDF) and mathematical rainfall intensity formulas were used to develop intensity-duration-frequency (IDF) curves for each station. Maximum and minimum rainfall intensity values for T = 100 yr ranged from 8.79 (hyperarid zone) to 40.17 mm h-1 (subhumid-humid zone). Total annual rainfall values ranged between 43.9 (hyperarid zone) and 3891.0 mm yr-1 (humid zone). Additionally, the real maximum intensity registered on each station was analyzed, determining its exceedance probability. Likewise, multiple comparisons were made to detect significant differences between the gauge stations and different climatic zones using the Kruskal Wallis test (alpha = 0.05). Differences between maximum and minimum values registered for all stations were as much as 80 times for total rainfall amounts and 4.5 times for rainfall intensities (T = 100 yr). However, maximum rainfall intensities values were similar at different latitudes, suggesting the absence of correlation between maximum rainfall intensity and annual rainfall amount, as the latter variable increased gradually with latitude.

Chile: Environmental, Political and Social Issues. Chapter 11; IDF Curves on central-south Chile.

Roberto Pizarro, Pablo García-Chevesich, Francisco Balocchi and Rodrigo Valdés. Chile: Environmental, Political and Social Issues, Nova Publishers, p 261-288. 2012.

As a way to contribute to proper use of IDF curves in Chile, this chapter describes the relationship among four crucial climatic variables: rainfall intensity, storm duration, rainfall frequency and rainfall distribution. Graphical and mathematical representations of IDF curves were developed towards the selection of 1-, 2-, 6-,12- ,and 24-hr duration maximum rainfall intensities, the use of probability distribution functions, and their respective goodness of fit tests. Additionally, maximum rainfall intensities were analyzed by the graphical comparison of 5- and 100-year return periods. Even though total rainfall gradually increase from north to south, maximum rainfall intensities remin constant towards the country. However, maximum rainfall intensities signifificantly change near large bodies of water, such as lakes and reservoirs.

Formation of post-fire water-repellent layers in Monterrey Pine (Pinus radiata D. Don) plantations in South-Central Chile.

Garcia-Chevesich, P.; Stropki, C.; Pizarro, R.; Ramirez de Arellano, P.; Ffolliot, L.; DeBano, F.; Neary, D.; Slack, D.  J. Soil Sci. Plant Nutr. [online]. 2010, vol.10, n.4, pp. 399-406. ISSN 0718-9516.

A wildfire burned about 15,000 ha of Monterrey Pine (Pinus radiata D. Don) plantations near Yungay, Chile, in January of 2007. Post-fire water repellency (hydrophobicity) was measured using the water-drop-penetration-time (WDPT) method at depths of 0, 5, and 10 mm from the soil surface. These measurements were collected on burned sites of both young (4-years old) and old (11-years old) plantations having both sand- and clay-rich soils. For purpose of comparison, water repellency was also measured one year after the wildfire on four unburned sites representing the same soil types and plantation ages as those occurring on the burned sites. The statistical analyses indicated that water repellency was present only on old stands, being located on the soil surface (clay soils) or as a layer 10 mm deeper or below (sandy soils). However, a water repellent layer was found on young stands growing on sandy soils, five millimeters below the surface, assumed to be formed when a wildfire burned the area before the new plantation was established.

Variación temporal de las precipitaciones y caudales en la cuenca del Maipo y la potencial influencia glaciar en la producción de agua (1963-2006).

Pizarro, P.; Cabrera, C.; Flores, J.; Morales, C.Tecnologia y Ciencia del Agua, 2010.

El presente trabajo pretende inferir en la tendencia del comportamiento de las variables precipitación y caudal en las últimas cuatro décadas para dos subcuencas del río Maipú: El Colorado (1 710 km2) y la del Maipo Alto (3 521 52 km2). Las dos subcuencas están ubicadas en la Región Metropolitana de Chile y poseen un régimen marcadamente nival. Se consideraron cinco estaciones pluviométricas con registros mensuales y anuales (mm) para el periodo 1963-2006, donde luego de completar los datos faltantes en cada estación, se estimaron las precipitaciones medias areales mediante el método de polígonos de Thiessen. Por su parte, los caudales medios mensuales y anuales fueron extraídos de los registros de dos estaciones fluviométricas. El análisis del comportamiento temporal de las variables precipitación y caudal se llevó a cabo mediante el ajuste de la función de distribución de probabilidad de Gumbel, el cálculo de promedios móviles y el coeficiente PP/E (el cual expresa la proporcionalidad existente entre la precipitación y la escorrentía superficial). Así fue posible determinar que en la cuenca del río Maipo se observa en las últimas cuatro décadas una tendencia al aumento de las precipitaciones invernales, una disminución de las precipitaciones en verano y otoño, y el incremento de los caudales en periodos estivales, por lo que se puede inferir que el crecimiento de tales caudales está influenciado por el derretimiento glaciar.

Efecto de la vegetación en la intercepción de la precipitación en la precordillera de la Región del Maule, Chile.

Vallejos, O.; Pizarro, R.; Vásquez, M.; Balocchi, F.; Morales, C.; León, L.; Vega, L. Rev. Chapingo vol.16 no.2 Chapingo jul./dic. 2010.

En este estudio se comparó el comportamiento de un bosque secundario de Roble–Hualo, donde las especies predominantes son Nothofagus obliqua y Nothofagus glauca y una plantación de Pinus radiata D. Don de 12 años de edad, en el proceso precipitación – intercepción. El estudio se desarrolló en la Estación Experimental El Picazo, comuna de San Clemente, Región del Maule, Chile, entre el mes de julio de 2007 a julio de 2008, en dos microcuencas vecinas de dimensiones reducidas con condiciones similares de suelo, exposición y pendiente pero que diferían en la cobertura vegetal. Se caracterizó la vegetación de cada microcuenca y se establecieron indicadores de densidad de parcela. Los indicadores de la cobertura nativa superaron ampliamente a los de las coberturas exóticas. Para registrar la precipitación se instalaron dos pluviógrafos del tipo Hobo en cada microcuenca. Equidistante de ellas se ubicó otro pluviógrafo sin cobertura vegetal. Se registraron 21 tormentas caracterizando temporal y espacialmente el comportamiento de la precipitación abierta y bajo dosel. Los resultados indican que pese a tener diferencias numéricas las coberturas vegetales, éstas no se transforman en diferencias estadísticamente significativas. Además se observó que la intercepción depende en mayor medida de la arquitectura de copa, distribución espacial de los árboles y tipo de hojas, que de la cantidad de árboles por parcela.

Evaluación de la Erosión Hídrica Superficial en Zonas Áridas y Semiáridas de Chile Central.

Pizarro, R.; Morales, C.; Vega, L.; Olivares, C.; Valdés, R.; Balocchi, F. Revista Aqua Lac, Programa Hidrológico Internacional. Vol. 2. Nº 2. 2010. Pp. 1-11.

En el presente documento, se analiza la erosión hídrica superficial junto al conglomerado de procesos erosivos que toman lugar en la IV Región de Coquimbo, a través del método de parcelas de clavos de erosión. Los datos fueron obtenidos mediante mediciones realizadas en parcelas experimentales, en 30 sectores a lo largo de la Región, durante los años 2007 y 2008, en el marco del proyecto “Restauración Hidrológico Forestal y Oasificación: Herramientas Claves para el aumento de la productividad de suelos degradados de la Región de Coquimbo”, desarrollado por el Instituto Forestal y la Universidad de Talca. Junto a esto, se obtuvieron las densidades aparentes y texturas de cada suelo, además de las lecturas de 18 pluviógrafos instalados en la región. En este sentido, se demostró a nivel general que las densidades de los suelos no difieren en demasía entre el total de sectores, sin embargo, se observó un amplio mosaico de texturas, predominando los suelos del tipo franco arenoso. Los resultados pluviométricos evidenciaron una amplia variabilidad para los períodos considerados, asimismo, se observó un leve aumento en la cuantía e intensidad de las precipitaciones al avanzar hacia el sur. Respecto a los procesos erosivos considerados (erosión, sedimentación, erosión neta y suelo movilizado) se observó una pérdida de suelo neta decreciente de Norte a Sur, lo que no fue representativo para el total de procesos, los cuales presentaron fluctuaciones. Finalmente, es importante señalar que en este estudio se trazaron los primeros lineamientos, con el fin de lograr la mode- lación de los procesos erosivos para la Región de Coquimbo y sus provincias, lo cual se puede lograr relacionando grá- ficamente los procesos analizados, con las variables pluviométricas consideradas. Debido a lo anteriormente señalado, en este estudio se deja de manifiesto que resulta de suma importancia seguir recopilando información durante los años siguientes, mediante la metodología aquí propuesta.

Easter Island project offers practical solutions for restored sustainability.

Garcia-Chevesich, P.; Black, C.; Tuki, T.; Pizarro, R.Enviromental Connection, 4(4) pp. 14-16. 2010.

The study detailed in this article explains the feasibility of restoring productivity on Easter Island after several centuries of land degradation by implementing basic rainwater harvesting techniques and erosion control practices. The goal is for the local tribes to reclaim their ancestral land and produce/ export avocados, bananas and other products to form strategic alliances with supermarket chains. The relevance of this project is of epic proportions, and there is an important lesson in sustainability that will benefit everyone.

A rainfall simulator for the in situ study of superficial runoff and soil erosion.

Sangüesa, C.; Arumí, J; Pizarro, R; y Link, O. Chilean Journal of Agricultural Research 70(1):178-182. 2010.

Determinación empírica de los parámetros que modelan el tránsito de avenidas por el método de Muskingum en zonas de clima mediterráneo de Chile central.

Pizarro, R.; Hormazábal, M; León, L; y Morales, C. Revista Aqua Lac, Programa Hidrológico Internacional. Vol. 1. Nº 1. 2009. Pp. 42-51

En esta investigación, se evaluó si el método de Muskingum de tránsito de avenidas, es aplicable a cuencas de la Región del Maule, zona central de Chile, en zonas de clima mediterráneo. Para ello se utilizó la información hidráulica de tres estaciones fluviométricas vecinas ubicadas en el río Perquilauquén, a saber, San Manuel, Ñiquén y Quella, considerando 20 crecidas controladas, 10 de las cuales se utilizaron para la calibración del método y 10 para la validación. Con estos datos se realizó la determinación de los parámetros (K y X) y los coeficientes (C1, C2 y C3) del método de Muskingum. Para la calibración y la validación, se aplicaron las pruebas de bondad de ajuste, Coeficiente de Determinación, Error Estándar de Estimación, prueba de concordancia de Bland y Altman y U de Mann Whitney. En lo que concierne a los coeficientes Ci del método de Muskingum, éstos presentaron disparidad en sus valores, no mostrando uniformidad en sus resultados, de lo que se desprende que cada crecida se comporta totalmente diferente a otra. Cabe destacar que en todas las crecidas donde el factor de ponderación fue igual a 0.5, el coeficiente C1 presentó valores iguales a 1, por lo que los coeficientes C2 y C3 presentaban los mismos valores, siendo uno negativo y el otro positivo. Asimismo, el parámetro K en algunas oportunidades presentó valores negativos, producto que los volúmenes encauzados son incrementados por aportaciones intermedias en el tramo, desvirtuando la características del método Muskingum.Por otra parte, se verificó que mientras más altas eran las diferencias entre los volúmenes que entraban al tramo y los que salían, las medidas de bondad de ajuste acusaban menores valores de calidad en sus resultados, lo que habla de la importancia que se cumpla que la modelación represente exactamente un tránsito de avenidas y de que no se produzcan aportaciones intermedias. La situación de mayor diferencia entre los volúmenes de entrada y salida, se advirtió en el tramo entre las estaciones de San Manuel y Ñiquén, al contrario de lo que ocurre en el tramo entre las estaciones de Ñiquén y Quella. Este último se encuentra a menor distancia, razón por la cual es menor la probabilidad de encontrar aportaciones intermedias. De lo anterior se desprende que el principal factor que influye en la modelación del tránsito de avenidas a través del método de Muskingum, son las aportaciones intermedias, ya que en todas las crecidas que no pudieron ser modeladas, se verificó que el volumen medido en la segunda estación, era mayor que el de la primera. Finalmente se recomienda una serie de parámetros para la aplicación del método y que su aplicación sólo se haga cuando se posee la certeza que los volúmenes de entrada y salida del tramo son similares y no existen aportaciones intermedias de relevancia.

Evaluación de métodos hidrológicos para la completación de datos faltantes de precipitación en estaciones de la región del Maule, Chile.

Pizarro, R.; Ausensi, P.; Aravena, D; Sangüesa, C.; León, L.; Balocchi, F. Revista Aqua Lac, Programa Hidrológico Internacional. Vol. 1. Nº 2. 2009. Pp. 172 – 185.

Este estudio evalúa la aplicabilidad de distintos métodos para la estimación de datos faltantes de precipitación puntual, en ocho estaciones pluviográficas de la Región del Maule, Chile. Estos métodos corresponden a correlación lineal, completación por razones de distancia, completación por promedios vecinales, completación por razones promedio y completación por correlación con estaciones vecinas, propuestos por UNESCO-ROSTLAC, en 1982, en el marco del balance hídrico para América del Sur. Además se agregó un sexto método, el de completación por regresiones múltiples. Los métodos se analizan a través del coeficiente de determinación (R2), error estándar de estimación (EEE), test de concordancia de Bland y Altman y análisis de varianza, con los que se determina que método presenta mejor ajuste para la región. Según el análisis de Bland y Altman, el mejor método de completación fue el de regresión múltiple con 2 y 3 estaciones cercanas, lo que además se corrobora con los valores obtenidos del R2 y el EEE. Asimismo, los errores estándar de los otros métodos estudiados fueron demasiado altos, lo que los hace no recomendables, excepto el de correlación con estaciones vecinas que tiende a acercarse en sus resultados al de regresiones múltiples.

Análisis del comportamiento y agresividad de las precipitaciones, en la zona central de Chile.

Pizarro, R.; Cornejo, F.; González, C.; Macaya, K.; Morales, C.?Ingeniería Hidráulica en México. Vol. XXIII. núm. 2, pp. 91-109. 2008.

En la zona central de Chile se analizó la distribución y agresividad de las precipitaciones, a partir de registros procedentes de 63 estaciones meteorológicas. Se utilizaron las precipitaciones mensuales y anuales como información base para el cálculo de los índices de Fournier (FI) y Modificado de Fournier (MFI), el Índice de Concentración de Precipitaciones (PCI) y el Índice Modificado de Fournier-Maule (IMFM); este último creado especialmente para esta investigación. Se pudo constatar que en la Cordillera de los Andes, la agresividad de las lluvias es mayor que en las demás unidades de relieve. Además, los índices evidenciaron una relación directa con las precipitaciones, es decir, a medida que aumenta el monto de las precipitaciones, también se incrementa su agresividad. Por otra parte, el PCI indica que las precipitaciones no han mostrado un cambio en la concentración anual, quedando de manifiesto que la zona central de Chile es altamente estacional. Finalmente, los altos valores de los coeficientes de variación de las precipitaciones y de los índices indican que la zona en estudio posee una alta variabilidad climática, lo que puede explicarse por el clima mediterráneo de transición imperante en estas regiones. Además, se evidenció que en el periodo 2000-2004 existe una clara tendencia al aumento de las precipitaciones.

Diseño hidrológico de zanjas de infiltración, en el secano costero e interior de las regiones semiáridas de Chile.

Pizarro,R.; Flores, J.P; Sangüesa, C.; Martínez, E.; León, L. Bosque 29(2): 136-145, 2008.

In this research a hydrologic design is defined for infiltration ditches in forest works, for arid and semiarid regions in central Chile. In this context, four plots were evaluated (Hidango, in O'Higgins Region; Name, in Maule Region; and Llohué and Manzanares, in Bío-Bío Region), including two types of infiltration ditches, established in May 2002, linked to a plantation of Pinus radiata. Each plot has a unit witness, which does not present any type of soil treatment. Two types of ditch infiltration were differentiated in width; one of them showed 20 cm and the other 30 cm, but both possessed the same height of 30 cm. The first one was named ditch type 1 and the other ditch type 2. Results showed that the application of the new hydrologic design for infiltration ditches is very useful when facing extreme events. Also, ditches showed a greater surviving rate for P. radiata, being more evident in ditch type 1 that defines less distance between ditches. However, in two plots there is evidence that witnesses showed more biomass than ditches did, although it is not always significant from a statistical point of view. Finally analyzing another type of variables, such as nutrition plant or genetic conditions, becomes necessary to be considered in future research.

Coeficientes de escorrentía instantáneos para la cuenca del río Tutuvén, VII Región del Maule, Chile.

Pizarro, R.; Tapia, M.; Román, L.; Jordán, C. Farías, C. Bosque 27(2): 83-91. 2006.

En la cuenca del río Tutuvén, VII Región de Chile, se estudió el comportamiento del coeficiente de escorrentía instantáneo (C), definido como la relación entre las precipitaciones efectivas y las precipitaciones totales caídas, y la influencia sobre éste de diversas situaciones de vegetación y condiciones precedentes de humedad del suelo. Los coeficientes se determinaron para duraciones de 1, 2 y 4 horas, asociados a tres coberturas de vegetación y a las tres condiciones precedentes de humedad señaladas por el método, para 30 tormentas del periodo 1982-1997. Según los resultados obtenidos, los C mostraron valores mayores para la duración de una hora, y con vegetación escasa y condición de humedad alta. Por el contrario, los valores más bajos fueron para las situaciones con vegetación plena y condiciones secas de humedad del suelo. De todas las situaciones estudiadas, la intensidad de precipitación fue el factor más influyente en la determinación del coeficiente de escorrentía. Por otra parte, se obtuvieron buenas estimaciones de C a partir de las precipitaciones totales en 24 horas, presentando valores de R2 entre 0,84 y 0,97.

The effects of changes in vegetative cover on river flows in the Purapel river basin of central Chile.

Pizarro, R.; Araya, S.; Jordán, C.; Farías, C.; Flores, J.P.; Bro, P. Journal of Hydrology (2006) 327, pp. 249-257.

The distribution of peak river flows was studied over the period 1960–2000 in the watershed of Purapel River (Maule Region, Chile) in order to evaluate the relationship of these flows to vegetation cover. Maximum annual and summer flows, between decades and between periods, monthly and yearly were compared with multi-temporal analysis for 1955, 1978 and 1997. The evolution of peak flows over the period was irregular, and did not show significant differences in the majority of comparisons. The variation in vegetation cover during the study period was caused by migration from native forests to commercial plantation of Pinus radiata (D. Don). The data from this watershed does not permit the conclusion that variation in peak flows is due to variation in vegetative cover. The peak flows are more highly dependant on precipitation values. For the watershed and period of study the native forest and plantations of P. radiata (D. Don) have a similar hydrological behavior.

Influence of reservoirs and lakes on maximum rainfall intensities in Chile.

Pizarro, R.; Sangüesa, C.; Aravena, D. Climate variability and change - hydrological impacts. IAHS Publication 308. 2006. Pp. 270-274.

This study analyses intensity duration frequency curves for 31 raingauge stations located in different climatic zones in Chile, including arid and semiarid zones and humid zones. These curves were built using pluviograph records taken from 1962 to 2002. Maximum intensities for each year were obtained; then, for each duration, Gumbel distribution functions were fit with optimum results, from a statistical point of view. Gumbel functions were used for 1, 2, 6, 12 and 24 hours; then, curves were built using different return periods. With all results, maximum intensities were analysed, mainly for 1 hour and 24 hour, and for a return period of 100 years. The graphical behaviour of maximum intensities showed a slight increase from north to the south; also, some raingauge stations in the semiarid zone showed similar intensity values to southern region stations. On the other hand, raingauge stations located near lakes and dams recorded the highest intensities of their zones.

Influencia de las masas boscosas en la producción de agua de una cuenca subhúmedas, Chile.

Pizarro, R.; Benítez, A.; Farias, C.; Jordán, C.; Santibáñez. Ingeniería Hidráulica en México. Vol. XX. núm. 3, pp. 7-20. 2005.

Este artículo analiza la influencia que tienen las masas boscosas en la producción de agua de la cuenca del río Purapel, ubicada en la zona central de Chile. Esta cuenca tiene una superficie de 264.6 km2 y se ha visto afectada por procesos de sustitución vegetal: de bosques nativos a una forestación masiva, principalmente de la especie Pinus radiata (O. Don). El análisis multitemporal realizado mostró que la cubierta vegetal varió de 0% de plantaciones forestales en el año 1957 a 51.7% en el año 1997. Se estudió el uso del suelo en los años 1957, 1978 Y 1997; se analizaron las precipitaciones, y se estudiaron los caudales y los hidrogramas de hora en hora; se analizó la variación de las reservas de agua a escala mensual y anual; se analizaron los coeficientes de escorrentía mensual y anual; se estudiaron los caudales máximos, y finalmente, su relación con la cubierta vegetal y la producción de agua entre los años 1960 y 2000. Los resultados permiten concluir que en la cuenca del río Purapel no se observan diferencias estadísticas en las cantidades de agua generadas por los escurrimientos en los cuarenta años estudiados. Las oscilaciones observadas en las variables hidrológicas podrían deberse a los montos e intensidades de precipitación ocurridos y a la alta variabilidad intermensual. Sólo las reservas mensuales muestran un comportamiento distinto, ya que tienden a incrementarse en el periodo 1979-2000. Ello se debería a las importantes precipitaciones caídas en la década de los ochenta y no directamente a un cambio del tipo de cubierta vegetal.

Investigación e innovación tecnológica en zanjas de infiltración y canales de desviación, en el secano costero e interior de las regiones VI, VII y VIII de Chile. En "Evaluación de parámetros y procesos hidrológicos en el suelo".

Pizarro, R.; Sangüesa, C.; Flores J.P.; Martínez, E. Documentos técnicos en hidrología del PHI, número de serie 71. UNESCO, 2005. p 119 – 124.

La erosión hídrica, es un factor crítico para el establecimiento y desarrollo de plantaciones forestales en gran parte del secano de las Regiones VI, VII y VIII de Chile Central, además de ser un elemento determinante en la pérdida de la productividad de suelos, ya que no permite una buena retención de las aguas de lluvia y a la vez, provoca la pérdida de nutrientes. En este sentido, la incorporación de las técnicas de conservación de aguas y suelos y la vigencia de la Ley No 19.561 (de Fomento Forestal), que incentiva la actividad forestal en suelos de aptitud forestal y en suelos degradados, hacen vislumbrar una nueva forma de trabajo de la tierra, asegurando un mejor uso productivo de ella. Sin embargo, en Chile no existen estándares determinísticos de diseño y construcción de obras de conservación de aguas y suelos, ni elementos técnicos, hidrológico – matemáticos y económicos, que aporten a la ingeniería de diseño de las mismas. Lo anterior define la necesidad de evaluar la eficacia, eficiencia y el impacto de todo el esfuerzo que hace el Estado a través de las bonificaciones a las obras de conservación de aguas y suelos ligada a la actividad forestal. En función de lo expuesto, la Sociedad Estándares de Ingeniería para Aguas y Suelos Ltda. (EIAS) conformada por la Universidad de Talca y la empresas: Bosques de Chile, Terranova y Bosques Villanueva, está ejecutando el proyecto “Determinación de estándares de ingeniería en obras de conservación y aprovechamiento de aguas y suelos para el mantenimiento e incremento de la productividad silvícola”, financiado por el Fondo de Desarrollo e Innovación (FDI) de la Corporación de Fomento de la Producción (CORFO). El objetivo es incrementar la productividad de los suelos de aptitud forestal del territorio árido y semiárido de las Regiones VI, VII y norte de la VIII, mediante el diseño hidrológico de obras de conservación y aprovechamiento de aguas y suelos, utilizando para ello, estándares específicos para tres tipos de obras que se estudian, a saber: zanjas de infiltración, subsolado y canales de desviación. Todo ello desde una perspectiva participativa, técnica y geográfica, que permita una implementación amigable de estas técnicas, en términos económicamente factibles y que favorezcan marcos de actuación sustentables. El proyecto está dividido en tres etapas; la primera, comprende el diseño de las obras y la construcción de ellas en terreno (con un total de 10 ensayos); en la segunda etapa se evalúa el funcionamiento de las obras, y en la tercera y última etapa, se corrobora la evaluación con nuevas mediciones, para la obtención de las conclusiones finales respecto a la efectividad del diseño de las obras. En 7 ensayos se construyeron zanjas de infiltración en el año 2002 (Hidango, Pumanque, Botacura, Parrón, Name, Manzanares y Llohué) y en dos ensayos, Llanillos (VII Región) y Paredones (VI Región), se está estudiando el comportamiento de cárcavas, construyendo un canal de desviación en cada uno, durante abril del año 2003. En este artículo se mostrará el trabajo realizado con las dos obras de conservación de aguas y suelos ya mencionadas, al segundo año de ejecución del proyecto.

Aplicación de dos modelos de simulación integral hidrológica, para la estimación de caudales medios mensuales, en dos cuencas de Chile central.

Pizarro, R.; Soto, M.; Farias, C.; Jordan, C.?Bosque 26 (2): 123-129. 2005.

Two rainfall-runoff models, Témez Model and T Model, were calibrated for Purapel river basin and Achibueno river basin, at Maule region of Chile. Although T Model uses two parameters and Témez Model uses four parameters, more parameters were used in this research by clustering months from a temporal point of view. On the other hand, 66 % of data were used for calibration and the rest for validation. Results show total data variation is explained in 82 % on Purapel river basin through Témez Model and 61 % is explained for Achibueno river basin through T Model. In addition, U Mann Whitney test is used to fit quality. Both models are considered to be good models. Finally, to use Témez Model for Purapel river basin and T Model for Achibueno river basin is suggested.

Influencia de las masas boscosas en el régimen hídrico de una cuenca semiárida , Chile.

Pizarro, R.; Benítez, A.; Farias, C.; Jordán, C.; Santibáñez, F.; Sangüesa, C.; Flores, J.P.; Martínez, E.; Román, L.?Bosque 26(1): 77-91, 2005.

Este artículo analiza la influencia que tienen las masas boscosas en la producción de agua de la cuenca del río Purapel, ubicada en la zona central de Chile. Esta cuenca tiene una superficie de 264,6 km2 y se ha visto afectada por procesos de sustitución vegetacional, pasando de bosques nativos a una forestación masiva, principalmente de la especie Pinus radiata (D. Don). El análisis multitemporal realizado, mostró que la cobertura vegetal varió del 0% de plantaciones forestales en el año 1957, al 51,7% para el año 1997. La metodología estudió el uso del suelo en los años 1957, 1978 y 1997; se analizaron las precipitaciones y se estudiaron los caudales y los hidrogramas de hora en hora; se analizó la variación de las reservas de agua a escala mensual y anual, se analizaron los coeficientes de escorrentía mensual y anual, se estudiaron los caudales máximos, y finalmente, su relación con la cobertura vegetal y la producción de agua entre los años 1960 y 2000. Los resultados permiten concluir que para la cuenca del río Purapel, no se observan diferencias estadísticas en las cantidades de agua generadas por los escurrimientos en los 40 años estudiados. Las oscilaciones observadas en las variables hidrológicas se deberían a los montos e intensidades de precipitación ocurridos y a la alta variabilidad intermensual. Sólo las reservas mensuales muestran un comportamiento distinto, ya que tienden a incrementarse en el periodo 1979/2000. Ello se debería a las importantes precipitaciones caídas en la década del 80, y no directamente a un cambio del tipo de cobertura vegetal.

Análisis comparativo de cinco métodos para la estimación de precipitaciones areales anuales en períodos extremos.

Pizarro, R.; Ramírez, C.; Flores, J.?Bosque 24 (3): 31-38. 2003.

El presente estudio aborda la problemática de la estimación de precipitaciones areales medias en tres sectores longitudinales de la VII Región de Chile (Cordillera de los Andes, Valle Central y Cordillera de la Costa). Las estimaciones se efectuaron a través de los siguientes métodos; Media Aritmética (MA), Polígonos de Thiessen (Th), Isoyetas (Iso), Thiessen Modificado (ThM) e Inverso de la Distancia al Cuadrado (IDC), los que fueron aplicados en dos series extremas de datos pluviales, años secos y húmedos. El análisis y comparación de los métodos aconseja la aplicación de cualquiera de ellos para el Valle Central, considerando de antemano la simplicidad de aplicación que manifiesta la Media Aritmética (MA). En la Cordillera de la Costa la situación es similar a la del Valle Central, a excepción de Thiessen Modificado (ThM). Para el caso de la Cordillera de los Andes, el único de los métodos estimadores que no se aconseja emplear es el Inverso de la Distancia al Cuadrado (IDC).

Evaluación de tres fórmulas precipitación-escorrentía, en la Cuenca del Río Achibueno, Chile.

Pizarro, R.; Marabolí, F.; Flores, J.; Icaza, M.?Ingeniería Hidráulica en México. Vol XVIII. núm. 5, pp. 95 – 104. 2003.

Este estudio aborda el análisis estadístico de aplicabilidad de tres fórmulas precipitación escorrentía, en la cuenca del río Achibueno, ubicada en la precordillera andina de la región del Maule, Chile. Estas fórmulas corresponden a Budyko(O = P * e ¡-K/P)), Turc-Pike (O = P - [P/(1 + (PI K)2)O,S]) y Pizarra (O = P [1 - e (-P/K)]), donde O es la escorrentía media anual; P, la precipitación media anual; e, la constante de Neper, y K, el parámetro de la evapotranspiración. Las tres fórmulas se analizan a través de métodos gráficos y analíticos (test de concordancia de Blandy Altman, coeficiente de determinación, error estándar de estimación y análisisde varianza), con los que se determina que fórmula se ajusta mejor a la cuenca en estudio. En el año, y según el test de concordancia de Bland y Altman, las tres fórmulas presentaran resultados similares. Lo anterior se corrabora con los valores obtenidos del R2 y EEE. Sin embargo, el análisis de varianza presentó diferencias significativas para la fórmula de Pizarro en los años secos. En términos mensuales, el estudio mostró un comportamiento muy heterogéneo y de minima relación entre las precipitaciones y aportaciones. Finalmente, se aconseja la aplicación anual de cualquiera de ellos en dicha cuenca, excepto la fórmula de Pizarro, para el periodo de años secos.

Análisis comparativo de modelos matemáticos del proceso precipitación-escorrentía: propuesta de un modelo.

Pizarro, R.; López, I. y García, J.L. Revista Montes, 2002. Pp: 60-69.

Este artículo presenta las características principales de un modelo precipitación-escorrentía (PIZARRO, 1996) que se propone como complementario o alternativo a los que hoy se utilizan para definir leyes regionales en la España peninsular. Asimismo, analiza la relación precipitación-escorrentía en 22 cuencas sometidas a régimen natural y distribuidas por el territorio español peninsular. Para ello, se utilizan análisis de regresión que permiten determinar la ductilidad de tres modelos de base física, a saber: BUDYKO (1948), TURC-PIKE (1964) y PIZARRO (1996). A nivel anual y para cada cuenca, los resultados no son del todo satisfactorios. Sin embargo, se consigue alcanzar un R2 de hasta 0,75 agrupando las cuencas bajo los criterios de pertenencia a las grandes cuencas hidrográficas. Finalmente, al analizar el último modelo propuesto, A=P(1-e(-P/K)), se comprueba que éste consigue similares resultados que Budyko y Turc-Pike y, particularmente, se pueden considerar resultados satisfactorios, dado que el R2 se encuentra sobre 0,5 en la mayoría de los casos, especialmente en áreas de menor escorrentía media anual.