Estimación de Caudales en Caso Mataquito - considerando Cambio Climático - Jorge Gironás L.

2. “ESTIMACIÓN DE CAUDALES EN CASO
MATAQUITO – CONSIDERANDO CAMBIO
CLIMÁTICO”
Jorge Gironás, Eleonora de María, Sebastián Vicuña
Marco estratégico de adaptación de la infraestructura al cambio
climático

3. INTRODUCCIÓN
 Normativa vigente en diseño de puentes
 Manual de Carreteras: regula el ciclo de vida completo de las
obras de vialidad.
 Capítulos específicos en relación a clima-agua-vialidad.
 Aspectos hidrológicos e hidráulicos del Manual
 Supuesto de estacionaridad
 Herramientas fundamentales: análisis de frecuencia y
distribuciones de probabilidad, lluvias de diseño y modelación
lluvia-escorrentía, y cálculo hidráulicos.
 Consideraciones para el diseño incluye el cálculo de crecidas
de T = 5, 20, 50 y 100 años para evaluación de socavación.

4. INTRODUCCIÓN
Manual de Carreteras (Dirección de Vialidad) y el diseño hidrológico de infraestructuras

5. ÁREA DE ESTUDIO: CUENCA DEL RÍO MATAQUITO
 www.elmaule.cl

6. DESCRIPCIÓN
 Área: 6332 km2
 VII Región del Maule, entre los
34,5º y 35,3º de latitud Sur
 Elevaciones máximas = 4.000
m.
 Clima Mediterráneo con
meses secos en verano.
 80% de precipitación en
Mayo-Agosto
 Precipitación anual: 700-
1000 mm/año.
 Se considera la ubicación de
un puente a la altura de la
estación fluviométrica de
Licantén.

7. DESCRIPCIÓN

8. TENDENCIAS HIDROCLIMÁTICAS HISTÓRICAS

9. TENDENCIAS HIDROCLIMÁTICAS HISTÓRICAS

10. TENDENCIAS HIDROCLIMÁTICAS HISTÓRICAS
Río Colorado en
junta con Palos

11. Resumen
 Primaveras y veranos cada vez más calurosos y secos.
 T extremas altas y bajas cada vez lo son más.
 Tendencias negativas en magnitud y frecuencia de P,
sobretodo en primavera.
 Eventos de precipitación cada vez son más pluviales.
 Grandes crecidas pluviales por altas P, y Tmin diarias.
 Mayores 10 crecidas anuales (pluviales) principalmente a
partir del 2000 en otoño.
 Menor acumulación nival (particularmente en otoño)
genera menores Q de deshielo a pesar de mayores T.
TENDENCIAS HIDROCLIMÁTICAS HISTÓRICAS

12. METODOLOGÍA PROPUESTA
 ¿Que pasará en la zona de estudio?
 ¿Cuáles serían las implicancias para el diseño de un
puente?

13. • 4 ETAPAS
• Generación de series de tiempo
y distribuciones espaciales de
temperaturas y precipitaciones.
• Desagregación espacial
• Corrección de sesgo y
desagregación temporal
• Simulación de régimen
hidrológico utilizando un
modelo hidrológico.
METODOLOGÍA GENERAL

14. MODELOS DE CLIMA GLOBAL
GCM: Modelos que simulan procesos físicos en la atmósfera,
océanos, criósfera y la superficie terrestre, para estimar el clima
global ante cambios en la concentración de gases de efecto
invernadero.
• Evaluación de un ensamble de 12 GCM y 2 escenarios de
emisión (RCP, Representative Concentration Pathways):
• RCP4.5: nivel radiativo forzante de 4.5 W/m2 en el 2100 (~
650 ppm CO2 eq.).
• RCP8.5: nivel radiativo forzante de 8.5 W/m2 en 2100 (~
1370 ppm CO2 eq.)
• Se obtienen temperaturas (máximas, mínimas y medias) y
precipitaciones a nivel mensual, con resolución 2.5°.

15. DESAGREGACIÓN ESPACIAL
• Desagregación a resolución espacial para usar el modelo
hidrológico.
• Interpolación ponderado por el inverso de la distancia junto con el
uso del gradiente de temperatura.
• P mensual interpolada con Co-kriging y elevación como co-
variable para mejorar pobre representación del efecto orográfico.
• Finalmente se define un ajuste mensual según datos observados
(40 estaciones, 20 años y al menos 90% de datos)
Padj i, j,t   Pgrid i, j,t 
Pobs, mon i, j 
Pgrid, mon i, j 

16. CORRECCIÓN DEL SESGO Y DESAGREGACIÓN TEMPORAL
Wood and
Lettenmaier (2006).
• Valores de P y T corregidos se obtienen de igualar los percentiles de la
función de probabilidad observada (1960-1999) y del GCM para cada mes.
• Para cada celda se desagregan los valores mensuales a escala diaria
usando la secuencia diaria observada en un mes aleatorio.

17. SIMULACIÓN HIDROLÓGICA: MODELO VIC (VARIABLE
INFILTRATION CAPACITY)
• Modelo distribuido.
• Resuelve balance de energía y de
masa (acoplable a GCM).
• Variabilidad en: cobertura de
vegetación, humedad del suelo,
topografía y precipitación
• Resolución 0,25°, paso de tiempo
diario.
• Variables de entrada: P, Tmin y Tmax.
• Variables de salida: Q, SWE, ET,
humedad del suelo.
• H. unitario para generar Hidrograma
• Eqs. de S. Venent para hidráulica.

18. PROYECCIONES FUTURAS
más seco más cálido

19. PROYECCIONES FUTURAS
Caudales anuales probablemente disminuirán durante el Siglo XXI.

20. Análisis de frecuencia de caudales
 Seleccionar 3-dias máximos anuales usando medias
móviles.
 Ajustar una función de probabilidad de Valores
Extremos Generalizados (GEV) a distintas ventanas
de tiempo.
 Una alternativa a este enfoque: Distribución con
parámetros variables para incorporar tendencias
monotónicas (Vogel et al., 2011)
FUTURAS CRECIDAS

21. Caudales máximos anuales con un periodo de retorno de 100 años aumentan en
promedio 15-50% para el periodo 2070-2099
FUTURAS CRECIDAS

22.  El umbral de inundación de la
ciudad de Licantén ha sido
definido en 7 metros (alerta
roja). Un segundo estudio define
un caudal de 3850 m3/s (7.62
m) para la alerta roja.
 Se usa regresión lineal para
evaluar el comportamiento del
caudal máximo instantáneo.
Alerta Azul Alerta
Amarilla
Alerta
Roja
Q (m3/s) 1516 2355 3038
H (m) 5.5 6.4 7
* DGA (2010), Determinación de los umbrales de alerta de caudales,
lluvias y temperaturas del sistema de transmisión de datos de la DGA
FUTURAS CRECIDAS

23. Qmax inst. con T
= 100 años muy
superior al
umbral de alerta
rojo
FUTURAS CRECIDAS

24. Caudales futuros para T bajos
parecen relativamente similar a lo
históricamente observado
Lo anterior es menos claro para
RCP8.5
Esto afecta el diseño tanto para
crecidas extremas como para
controlar la socavación.
EFECTOS EN EL DISEÑO DE PUENTE

25. CONCLUSIONES
 Desde el punto de vista de la modelación, la metodología
propuesta para considerar el CC en el diseño de puentes
incluye: (1) generación de escenarios climáticos, (2)
desagregación espacial y temporal, (3) corrección y remoción
de sesgos, (4) simulación hidrológica (VIC).
 Desde el punto de vista del Análisis de Frecuencia (AF) y
determinación de Q100, se propone (1) un AF del Qmax-3días con
GEV para distintas ventanas de tiempo sobre, y (2) relaciones
empíricas para determinar Q100 instantáneo.

26. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO
Cambios de paradigmas
- De lo estructural a lo no estructural
- De lo robusto a lo flexible
- De lo económico a lo socio-ambiental
- De lo administrativo a lo territorial
- De lo basado en la oferta a la gestión integrada
- De lo reactivo a lo proactivo

27. “ESTIMACIÓN DE CAUDALES EN CASO
MATAQUITO – CONSIDERANDO CAMBIO
CLIMÁTICO”
Jorge Gironás, Eleonora de María, Sebastián Vicuña
Marco estratégico de adaptación de la infraestructura al cambio
climático
SEMINARIO: CAMBIO CLIMÁTICO, UN DESAFÍO PARA LA INFRAESTRUCTURA