Facultad de Ingeniería

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1 Facultad de Ingeniería Documento Técnico 3/213 Estimación de tendencia a largo plazo en los caudales y precipitaciones de la Región de Valparaíso Pilar Martínez Olivares (1), Verónica Meza Ramírez (1) y Manuel Contreras López (1,2) (1) Facultad de Ingeniería, Universidad de Playa Ancha (2) Centro de Estudios Avanzados, Universidad de Playa Ancha. manuel.contreras@upla.cl Serie Documentos

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3 Estimación de tendencia a largo plazo en los caudales y precipitaciones de la Región de Valparaíso Pilar Martínez Olivares (1), Verónica Meza Ramírez (1) y Manuel Contreras López (1,2) (1) Facultad de Ingeniería, Universidad de Playa Ancha, Chile. (2) Centro de Estudios Avanzados, Universidad de Playa Ancha. manuel.contreras@upla.cl Resumen El objetivo del presente informe técnico fue estimar la tendencia a largo plazo de las precipitaciones y caudales para la Región de Valparaíso, a través de pronósticos de series de tiempo aplicadas a distintas estaciones de la región. Para ello fueron analizadas 19 estaciones de caudales, y 11 de precipitaciones, pertenecientes a la Dirección General de Agua (DGA) y localizadas en las cuencas de los ríos Petorca, La Ligua y. Los datos utilizados para el presente informe, corresponden a registros diarios durante los años para cada una de las estaciones. Los resultados observados muestran una tendencia poco definida para las precipitaciones en la región. Situación contraria para los caudales, donde fue posible observar una disminución en la mayoría de las estaciones evaluadas (74%). Esta reducción en el caudal para la Región de Valparaíso, estaría relacionada con los efectos de variabilidad climática (Fenómeno El Niño) y cambio climático detectados en la zona. Palabras Claves: Cambio climático, variabilidad climática, fenómeno El Niño (ENOS), sequía. Comité Revisor: Dra. Marisol Belmonte Soto Sr. Gonzalo Bustillos Portales Fecha de Recepción: 29/8/213 Fecha de Aceptación: 3/12/213 1

4 I. Introducción De acuerdo con la Dirección Meteorológica de Chile, el déficit en las precipitaciones alcanzó en el año 211 una pérdida anual de 6% en algunas localidades de la Región de Valparaíso. Esto sumado al descenso en los caudales de los ríos y Maipo y la aún más crítica situación de los ríos La Ligua y Petorca, cuyos caudales en cabecera son extremadamente bajos, han puesto a la Región de Valparaíso en una situación de riesgo para el desarrollo normal de la agricultura 1 y todas las actividades donde el recurso hídrico es fundamental. Debido a esta situación, en el mes de febrero de 211 fueron declaradas en emergencia agrícola por déficit hídrico, las siguientes provincias y comunas: Provincia de Petorca: La Ligua, Cabildo, Papudo, Petorca y Zapallar. Provincia de Quillota: Nogales. Provincia de San Felipe: Putaendo. El área cubierta por las comunas declaradas zona de catástrofe corresponde a 4.14,9 [km 2 ] y se encuentra emplazada en el territorio comprendido por las cuencas de los ríos La Ligua y Petorca, junto con la cuenca costera Quilimarí- Petorca. 1 Instituto de Investigaciones Agrarias Informe agrometeorológico nacional para el Ministerio de Agricultura y de Análisis de posibles riesgos agroclimáticos en las principales especies frutales y cultivos Febrero 212. [online] Disponible en: (Marzo, 212). 2

5 El río Petorca tiene una longitud de 12 [km] y su cuenca abarca un área de 1.95 [km 2 ]. El río La Ligua tiene una extensión de 11 [km] y una hoya hidrográfica de 2.1 [km 2 ]. Normalmente estos ríos presentan variaciones estacionales muy fuertes en su caudal, secándose en la época estival (Fuenzalida, 1965). El río, en cambio posee una extensión de 19 [km] y su hoya hidrográfica abarca los 7.64 [km 2 ]. Este sistema fluvial recibe un importante aporte por derretimiento de nieve, por lo que su caudal en el sector alto es importante en la época estival. En cambio, en la desembocadura, en un año normal, aumenta su caudal en invierno debido al aporte de precipitaciones (Fuenzalida, 1965). El río Maipo tiene una extensión de 25 [km] y su hoya supera los 15. [km 2 ]. Sus aguas provienen tanto de precipitaciones invernales como de deshielos cordilleranos en la época estival (Fuenzalida, 1965). De acuerdo a lo anterior, el objetivo del presente informe técnico fue estimar la tendencia a largo plazo de las precipitaciones y caudales para la Región de Valparaíso, a través de la utilización de pronósticos de series de tiempo aplicados a distintas estaciones pertenecientes a la DGA, y que cubren un período de registro entre los años

6 Datos y Metodología Los datos evaluados en el presente informe, fueron proporcionados por la DGA, y capturados entre los años 192 y 212. Estos registros corresponden a un total de 27 estaciones para caudales, y 22 para precipitaciones, todas ellas localizadas entre las cuencas de los ríos La Ligua, Petorca y. La frecuencia de los datos proporcionados para caudales fue diaria, y la distribución de dichas estaciones se muestra en la Figura 1. Figura 1: Distribución estaciones de caudales de la DGA en las cuencas estudiadas (La Ligua, Petorca y ). Con la finalidad de representar de mejor forma las variaciones atribuibles al cambio climático, fueron seleccionadas del total de estaciones proporcionadas por 4

7 la DGA, aquellas que presentaron un registro mayor o igual a 2 años. De este modo, fueron elegidas 19 estaciones para caudales y 11 para precipitaciones. Los datos diarios de cada una de las estaciones seleccionadas fueron promediados anualmente para el análisis de caudales; mientras que los datos de precipitaciones fueron acumulados durante cada año. El análisis estadístico de los datos seleccionados consistió en estimar una tendencia lineal por el método de mínimos cuadrados (Peña, ). Resultados Los resultados fueron organizados en tablas de síntesis, estableciendo la situación estacionaria (caudal promedio o precipitación acumulada promedio), la ecuación de la tendencia lineal estimada y el porcentaje de pérdida o incremento de caudal (o precipitación). La Tabla I muestra los resultados obtenidos para las variaciones de caudales. A partir de estos resultados se observó que en 14 de las estaciones, equivalentes a un 74%, los caudales disminuyen. Mientras que, en 4 de las 19 estaciones se mantienen con caudales estables. Sólo en una estación es posible observar una tendencia al incremento en los valores de caudal. En las Figuras C1 a la C19 se muestran los caudales medios anuales y las tendencias estimadas en cada una de las estaciones analizadas. 5

8 Con respecto a las precipitaciones, a partir de la Tabla II se observa que en 5 de las 11 estaciones los valores disminuyen, mientras que en 4 se observó un aumento en las precipitaciones. Sólo en dos estaciones los valores de las precipitaciones permanecen en condiciones estacionarias. En las Figuras P1 a la P11 se muestran las precipitaciones acumuladas y las tendencias estimadas en cada una de las estaciones analizadas. Discusión La disminución en las precipitaciones observadas en la Región de Valparaíso entre los años 192 y 212, obtenida en este informe puede ser explicada por el enfriamiento regional de la zona costera según lo señalado por los autores Faley y Garraud (29) y Damiano (213). La Figura 2 muestra el comportamiento de la temperatura superficial del mar (TSM) en el Puerto de Valparaíso, el que presenta un comportamiento interanual con secuencias de años cálidos y fríos, principalmente modulados con la presencia del Fenómeno El Niño - Oscilación Sur. La Figura 3, muestra las tendencias anuales de la temperatura ambiente en la zona costera del Pacifico Sur Oriental, donde se destaca que en la zona central de Chile, las tendencias anuales mayoritariamente son negativas, es decir se observa un enfriamiento, corroborando lo encontrado por Faley y Garraud (29) y Damiano (23). 6

9 22, 21, 2, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 1, 9, TSM desde 1945 hasta el año 211 en Valparaíso Figura 2: Temperatura superficial del mar registrada en Valparaíso para el período comprendido entre los años 1945 y 211. Se destaca el comportamiento principal de la serie de temperatura. Fuente: Jiménez (213). Estación Buenaventura Tumaco Esmeraldas Seymour Manta Guayaquil Salinas Tumbes Talara Piura Chiclayo Trujillo Chimbote Lima Pisco San Juan Tacna Arica Iquique Antofagasta Chañaral Vallenar La Serena Quintero Pudahuel Juan Fernández Santo Domingo Concepción Temuco Valdivia Osorno Puerto Montt Puerto Aysén Coyhaique Faro Evangelistas Punta Arenas Puerto Williams Figura 3: Tendencias anuales de la temperatura ambiente en el Pacífico Sur Oriental. Signo positivo: aumento; signo negativo: disminución. Fuente: Damiano (213). La figura 4 muestra el caudal máximo diario por mes en la desembocadura del río Maipo, entre los años 1939 y 212. Prácticamente la totalidad de los eventos de crecida del río pueden ser asociadas a la presencia del fenómeno El Niño, 7

10 corroborando la importancia que tiene este fenómeno climático sobre el aumento en las precipitaciones y caudales en la región (Ruttland y Fuenzalida, 1991; Montecinos y Aceituno, 23; Martínez et al., 212) m3/s ** ? *? Figura 4: Caudal máximo diario por mes en la desembocadura del río Maipo, entre los años 1939 y 212. Se han indicado los ENOS que se pueden asociar a las crecidas del río. La línea punteada señala las crecidas máximas asociadas a procesos normales de deshielo o precipitaciones. En este punto el río tiene un caudal promedio de 2. Se observan dos anomalías: * corresponde a un suceso ENOS (años y 95) que no implicó un aumento en el caudal. ** corresponde a un aumento en el caudal que no se encuentra asociado a ningún suceso ENOS. Conclusiones Los caudales de los ríos de la región de Valparaíso se encuentran disminuyendo su caudal. De diecinueve estaciones analizadas, el 74% presentan tendencias de caudales disminuyendo, 21% caudales estables y 5% incremento en los caudales. Con respecto a las precipitaciones no se observa una tendencia severa a disminuir como en el caso de los caudales. De once estaciones analizadas, 45% presenta 8

11 una tendencia negativa, 18% se presentan estables y 36% presenta una tendencia de incremento en las precipitaciones. Agradecimientos A la Dirección General de Agua de la Región de Valparaíso, por proporcionar los datos de precipitaciones y caudales. La Unidad de Soporte en Minería de Datos y Modelamiento Estadístico de la Facultad de Ingeniería cooperó en la logística para el análisis de los datos. Bibliografía Damiano, F. (213). Análisis del comportamiento temporal de la temperatura ambiente diaria en las costas del Pacífico Sur Oriental (efectos del cambio climático y de la variabilidad climática sobre la temperatura ambiente). Tesis para obtener el titulo profesional de Ingeniero Estadístico, Universidad de Playa Ancha. 99pp. Falvey, M. y Garreud, R.D. (29). Regional cooling in a warming world: Recent temperature trends in the southeast Pacific and along the west coast of subtropical South America (1979 ), J. Geophys. Res., 114, D412, doi: 1.129/JD1519. Fuenzalida H. (1965). Hidrografía. En "Geografía Económica de Chile", CORFO, pp: Jiménez, A. (213). Análisis de serie de tiempo sobre la temperatura superficial del mar en la Región de Valparaíso. Tesis para obtener el titulo profesional de Ingeniero Estadístico, Universidad de Playa Ancha. 12pp. Martínez, C.; Fernández, A. y Rubio, P. (212). Caudales y variabilidad climática en una cuenca de latitudes medias en Sudamérica: río, Chile central (33ºS). Boletín de la Asociación de Geógrafos Españoles, N 58: Martínez, P. (212). Efectos locales costeros del cambio climático global: Análisis de series de tiempo ambientales considerando hipótesis de no estacionariedad. Tesis para obtener el titulo profesional de Ingeniero Estadístico, Universidad de Playa Ancha. 164pp. Montecinos, A. y Aceituno, P. (23). Seasonality of the ENSO-Related Rainfall Variability in Central Chile and Associated Circulation Anomalies, Journal of Climate, Vol 16: Peña, D. (). Regresión y Diseño de Experimentos. Alianza Editorial, Madrid, 744pp. Ruttland, J. y Fuenzalida, H. (1991). Synoptic aspects of the central Chile rainfall variability associated with the Southern Oscillation, International Journal of Climatology, N 11:

12 Figura C1: Caudal en estación Río Putaendo en Resguardo Los Patos, período La Línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo Figura C2: Caudal en estación estero Catemu en Puente Santa Rosa, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo. 1,5 1, Figura C3: Caudal en estación estero Romeral antes de la junta con río, período -. La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo. 1

13 Figura C4: Caudal en estación río Colorado en Colorado, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo Figura C5: Caudal en estación río Juncal en Juncal, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo , 2, 15, 1, 5,, Figura C6: Caudal en estación río Blanco en Río Blanco, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo. 11

14 Figura C7: Caudal en estación río en Río Blanco, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo Figura C8: Caudal en estación río en Chacabuquito, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo Figura C9: Caudal en estación estero Pocuro en Sifón, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, estable. 12

15 Figura C1: Caudal en estación estero Pocuro antes junta con río, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo Figura C11: Caudal en estación Río en San Felipe, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, estable. 1,8 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4, Figura C12: Caudal en estación estero de Los Campos antes de junta con el río, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo. 13

16 Figura C13: Caudal en estación río en Romeral, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo Figura C14: Caudal en estación estero Las Vegas en desembocadura, período -. La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo. 2 1,5 1, Figura C15: Caudal en estación canal las Vegas en Bocatoma, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo. 14

17 ,8,6,4, Figura C16: Caudal en estación estero Rabuco en Fundo Rabuco, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, aumentando Figura C17: Caudal en estación río Alicahue en Colliguay, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo. 2 1,5 1, Figura C18: Caudal en estación río Pedernal en Tejada, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, estable. 15

18 Figura C19: Caudal en estación río Sobrante en Piñadero, período La línea gruesa señala tendencia lineal estimada del caudal, disminuyendo. 16

19 Tabla I: Síntesis de variación de caudales registrados en las estaciones de largo período en la región de Valparaíso. N Nombre Estación Localización Geográfica Caudal Promedio Altitud [msnm] Analizados Ecuación Tendencia Descripción Porcentaje perdida o incremento 1 Río Putaendo en 32 3 S; 8, Y= -,23X+9,34 Desecándose Pérdida Anual Resguardo Los Patos 7 34 W 2,4% 2 Estero Catemu en S; 1, Y= -,24X+1,66 Desecándose Pérdida Anual Puente Santa Rosa 7 58 W 2,4% 3 Estero Romeral antes 32 5 S;, Y= -,22X+,89 Desecándose Pérdida Anual junta Río 71 5 W 2,2% 4 Río Colorado en S; 7, Y= -,15X+11,23 Desecándose Pérdida Anual Colorado 7 24 W 15% 5 Río Juncal en Juncal S; 6, Y= -,28X+8,18 Desecándose Pérdida Anual 7 1 W 2,8% 6 Río Blanco en Río S; 8, Y= -,79X+13,3 Desecándose Pérdida Anual Blanco 7 17 W 7,9% 7 Río en Río S; 16, Y= -,55X+28,6 Desecándose Pérdida Anual Blanco 7 18 W 55% 8 en S; 32, Y=-,19X+33,7 Desecándose Pérdida Anual Chacabuquito 7 3 W 1,9% 9 Pocuro en Sifón S;, Y=-,13X+,98 Estable Pérdida Anual 7 32 W,13% 1 Estero Pocuro antes S; 4, Y=-,85X+7,29 Desecándose Pérdida Anual junta Río 7 43 W 8,5% 11 Río en San S; 19, Y=,1X+19,5 Estable Incremento Felipe 12 Estero de los Campos en antes junta Río 13 Río en Romeral 14 Estero Las Vegas en Desembocadura 15 Canal Las Vegas en Bocatoma 16 Estero Rabuco En Fundo Rabuco 17 Río La Ligua en Placilla 18 Río Pedernal en Tejada 19 Río Sobrante en Piñadero 7 44 W S; 7 55 W 32 5 S; 71 1 W 32 5 S; 7 59 W 32 5 S; 71 W S; 71 8 W S; W 32 4 S; 7 45 W S; 7 42 W Anual,1% 1, Y= -,18X+1,16 Desecándose Pérdida Anual,18% 25, Y= -,22X+25,9 Desecándose Pérdida Anual 2,2% 3,4 - Y= -,28X+3,9 Desecándose Pérdida Anual 2,8% 1, Y= -,63X+1,5 Desecándose Pérdida Anual,63%, Y=,15X+,22 Incrementando Incremento Anual 1,5% 1, Y= -,3X+1,17 Estable Pérdida Anual,3%, Y=,12X+,24 Estable Incremento Anual,12% 1, Y= -,14X+1,9 Desecándose Pérdida Anual 1,4% Subcuenca Medio Bajo Bajo Alto Alto Alto Alto Medio Medio Medio Medio Bajo Bajo Bajo Bajo Bajo Río Ligua Bajo Río Petorca Alto Río Petorca Alto 17

20 [mm] Figura P1: Precipitaciones acumuladas anuales [mm/año] en la estación Alicahue, registradas en el período [mm] Figura P2: Precipitaciones acumuladas anuales [mm/año] en la estación Artificio, registradas en el período [mm] Figura P3: Precipitaciones acumuladas anuales [mm/año] en la estación Catemu, registradas en el período

21 [mm] Figura P4: Precipitaciones acumuladas anuales [mm/año] en la estación Chalaco, registradas en el período [mm] Cobre Figura P5: Precipitaciones acumuladas anuales [mm/año] en la estación Cobre 2, registradas en el período [mm] Figura P6: Precipitaciones acumuladas anuales [mm/año] en la estación Colliguay, registradas en el período

22 [mm] Figura P7: Precipitaciones acumuladas anuales [mm/año] en la estación estero Rabuco, registradas en el período [mm] Figura P8: Precipitaciones acumuladas anuales [mm/año] en la estación Hacienda El Sobrante, registradas en el período [mm] Figura P9: Precipitaciones acumuladas anuales [mm/año] en la estación El Trapiche, registradas en el período

23 [mm] Figura P1: Precipitaciones acumuladas anuales [mm/año] en la estación Hierro Viejo, registradas en el período [mm] Figura P11: Precipitaciones acumuladas anuales [mm/año] en la estación Jahuel, registradas en el período

24 Tabla II: Síntesis de variación de precipitaciones registradas en las estaciones de largo período en la Región de Valparaíso. N Nombre Estación Localización Geográfica Precipitaciones Acumuladas Intervalo de Registro Ecuación Tendencia Descripción Porcentaje Crecimiento o Perdida Anual 1 Alicahue S; 271,1-212 Y= -,66X+288,4 Decreciendo Pérdida Anual W 66% 2 Artificio S; 252,1-212 Y=,16X+251,7 Estable Crecimiento W Anual 1,6% 3 Catemu S; 24, -212 Y=,91X+212,2 Incrementando Crecimiento W Anual 91% 4 Chalaco S; 211,8-212 Y=,126X+28,5 Incrementando Crecimiento 7 47 W Anual 12,6% 5 Cobre S; 322, Y=,428X+316,6 Estable Crecimiento W Anual 42,8% 6 Colliguay S; 596, -212 Y=,987X+564,3 Incrementando Crecimiento W Anual 98,7% 7 Estero Rabuco S; 371, Y= -,91X+393,2 Decreciendo Pérdida Anual W 9% 8 Haciendo El S; 198,7-212 Y= -,251X+27,5 Decreciendo Pérdida Anual Sobrante W 25,1% 9 El Trapiche S; 23, -212 Y=,719X+211,1 Incrementando Crecimiento W Anual 71,9% 1 Hierro Viejo S; 196,5-212 Y= -,8X+21,9 Decreciendo Pérdida Anual W 11 Jahuel S; W 8% 233, Y= -,41X+238,4 Decreciendo Pérdida Anual 41% Cuenca Río Ligua Río Petorca Río Río Petorca Río Río Maipo Río Río Petorca Río Petorca Río Petorca Río 22