Contribución hídrica de glaciares en el estero Yerba Loca y su extrapolación a la cuenca del río Maipo

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1 SOCIEDAD GEOLOGICA DE CHILE la serena octubre 2015 Fundada en Contribución hídrica de glaciares en el estero Yerba Loca y su extrapolación a la cuenca del río Maipo Gino Casassa 1,2, Ashley Apey 1, Martín Bustamante 1, Cedomir Marangunic 1, Carlos Salazar 3 y Diego Soza 1 1 Geoestudios, Los Aromos 3371, San José de Maipo, Chile 2 Universidad de Magallanes, Av. Bulnes 01855, Punta Arenas, Chile 3 Hydro21 Consultores Ltda., Los Parronales de Nos 3810, San Bernardo, Chile gcasassa@geoestudios.cl Resumen. Durante las temporadas estivales 2013/14 y 2014/15 se realizaron campañas de terreno a 4 glaciares representativos en la zona alta del estero de Yerba Loca, ubicado 30 km al noreste de Santiago, incluyendo 1 glaciar descubierto, 1 glaciar cubierto y 2 glaciares de rocas (uno mayor a 25 ha y uno menor a 25 ha). La información del balance glaciológico/geodésico y particularmente del balance energético de estos glaciares permite determinar el rendimiento hídrico mensual de verano y el rendimiento anual para cada uno de ellos. Asumiendo representativos estos rendimientos para cada tipo de glaciar, se extrapolan los resultados a toda la cuenca del río Maipo que drena hacia la ciudad de Santiago, considerando como información base el inventario de glaciares de la Dirección General de Aguas (DGA). Comparando los valores de derretimiento glaciar total con la escorrentía total, se obtiene que la relevancia hídrica de los glaciares en un mes de marzo de un año anormalmente seco es un 12% menor a la generalmente aceptada, y que decrece fuertemente hacia aguas abajo. Se postula que en el escenario actual de calentamiento atmosférico los rendimientos hídricos debieran aumentar hasta un punto crítico en que comenzará a decrecer la escorrentía glaciar junto con la extinción de los glaciares. Palabras Claves: Estero Yerba Loca, rendimiento glaciar, cuenca río Maipo 1 Introducción La cordillera de los Andes constituye una reserva hídrica de especial relevancia en Chile central, donde se concentra la mayor parte de la población del país, y donde una fuente importante de agua proviene del derretimiento nival y glaciar, particularmente en la árida época estival. El derretimiento nival tiene más relevancia en la primavera y el principio del verano, mientras que el derretimiento glaciar alcanza su máximo en la mitad del verano y es especialmente relevante hacia fines del verano. En un trabajo bien citado, Peña y Nazarala (1987) simulan los caudales de derretimiento del río Maipo en El Manzano (850 m s.n.m.) y obtienen que el aporte glaciar representa para una año normal del orden de un 34% del caudal de febrero, y hasta un 67% del caudal del verano más seco registrado históricamente (1968/69). En el escenario actual de cambio climático, a medida que aumenta la temperatura las tasas de derretimiento aumentan hasta un valor máximo. Cuando la superficie del hielo decrece bajo un cierto valor crítico, los caudales comienzan a disminuir (Casassa et al., 2010). Este trabajo reporta resultados de mediciones y simulaciones del aporte hídrico en 4 glaciares ubicados en el estero de Yerba Loca, 30 km al noreste de Santiago, y su extrapolación a toda la cuenca del río Maipo. 2 Metodología Diversas campañas de terreno fueron efectuadas a la cuenca alta del estero Yerba Loca en los veranos y Se estudió el glaciar descubierto de Paloma Este (48 ha), el glaciar cubierto Altar Sur (47 ha), un pequeño glaciar de rocas llamado 58 (22 ha) y un glaciar de rocas de mayor tamaño (Littoria) de 175 ha (Fig. 1). Los estudios incluyeron balance energético con estaciones meteorológicas, balance glaciológico mediante balizas, balance geodésico con datos LIDAR aéreo y aporte hídrico con aforo de escorrentía cerca del frente de los glaciares. Estos datos se complementan con datos de caudales de las estaciones de la Dirección General de Aguas (DGA) a la salida de la subcuenca de Yerba Loca (Yerba Loca antes de la junta con el estero San Francisco, 1330 m s.n.m.), la estación del río Mapocho en Los Almendros (1024 m s.n.m.), y la estación río Maipo en El Manzano (850 m s.n.m.). En base a inspecciones de terreno y a interpretación de ortofotos de levantamientos LIDAR e imágenes satelitales ópticas de alta resolución, se delimitó la extensión actual de los glaciares del Estero Yerba Loca, modificando el inventario de la DGA. En las cuencas de Mapocho y Maipo, en base a imágenes satelitales (Google Earth) se discriminó cuáles glaciares de valle y de montaña correspondían a glaciares cubiertos. También se agregó una pequeña área limítrofe (19,52 km 2 ) para 41 glaciares que no han sido mapeados debido a restricciones fronterizas. 768

2 AT 3 geología del cuaternario y cambio climático Basado en la medición de variables meteorológicas (en hielo descubierto), y mediciones de gradiente de temperatura en hielo bajo la cubierta de detrito (en glaciar de rocas) se lograron establecer balances energéticos puntuales. Para el caso del glaciar descubierto, la fusión en la superficie del glaciar fue determinada a partir del registro del descenso (ablación) de la altura a la superficie con sensor ultrasónico, y de la sublimación estimada con datos meteorológicos,. Para el caso del glaciar de rocas, la fusión de hielo bajo la capa de detritos se produce cuando la temperatura del hielo alcanza el punto de fusión y el flujo de calor hacia el hielo es positivo. Considerando los resultados del balance glaciológico y geodésico se logró calibrar un modelo energético distribuido basado en temperatura y radiación solar neta (Ec. 1), que se aplicó para cada uno de los 4 glaciares: " m= % + ' )% + * +,-. / (Ec. 1) donde f m es la tasa de fusión en mm eq.a.;t! es la temperatura del aire en C, ROC! es el flujo de radiación de onda corta neta en W m -2 ; t es el tiempo en horas; y a, b, c son constantes. Se consideraron los promedios medios mensuales de la temperatura del aire y radiación neta de onda corta de los periodos estivales 2013/14 y 2014/15 (a partir de datos de las estaciones meteorológicas). Se verificó un gradiente altitudinal de temperatura a nivel mensual de -6 o C/km. 3 Resultados Las observaciones realizadas en las campañas 2013/14 y 2014/15 revelan un periodo de ablación de 7 meses (octubre a abril). Los resultados del balance energético distribuido se expresan como rendimientos hídricos en unidades de l/s/ha. Se clasificó cada uno de los 34, 106 y 836 glaciares de las cuencas de Yerba Loca, Mapocho en Los Almendros y Maipo en el Manzano, respectivamente (Tabla 1), en una de las 4 categorías de glaciares y se aplicó el rendimiento hídrico correspondiente basado en el área glaciar. Tabla 1. Inventario de glaciares de las cuencas de estudio. Glaciarización indica el % área de glaciares en la cuenca. contribución hídrica por fusión de hielo. Mediante visitas a terreno y particularmente sobrevuelos en zonas altas, se determinó que la cobertura espacial del manto de nieve en la superficie de los glaciares era prácticamente nula en esa época. Lo anterior se explica en gran medida por las bajas precipitaciones de los últimos 5 años. Adicionalmente, a 4200 m snm se identificó un aumento en la temperatura del aire de 2,2 C en el período enero-abril 2015 respecto al enero-abril La contribución hídrica media anual de los glaciares, para efectos del presente estudio, se definió como la diferencia entre el balance de masa geodésico menos la sublimación y evaporación, estimada en 48 cm eq.a año -1, calculada para dicho periodo (año hidrológico ) utilizando resultados del balance energético. Por lo tanto, no se considera el aporte de la precipitación sólida sobre los glaciares, dato que no se conoce en forma precisa. Tabla 2. Rendimiento hídrico estival y anual en l/s/ha. La Tabla 3 presenta los resultados de la extrapolación a las 3 cuencas (Yerba Loca, Mapocho en Los Almendros y Maipo en El Manzano). Tabla 3. Caudales de derretimiento glaciar simulados para cada cuenca en base a los rendimientos hídricos obtenidos para los 4 glaciares piloto de Yerba Loca. Un análisis de probabilidad de excedencia se muestra en la Tabla 4. El periodo de análisis es para Mapocho y Maipo, y para Yerba Loca. Resultados obtenidos de Cade Idepe (2004). Datos de marzo 2015 obtenidos de Se observa que los datos de marzo 2015, correspondiente a un año de fuerte sequía, son similares a los caudales correspondientes a una probabilidad de excedencia de 95%. La Tabla 2 presenta rendimientos hídricos representativos de los 4 glaciares piloto. Se presentan los resultados del período enero- marzo 2015, considerado como el de mayor 769

3 ST 10 EFECTOS DIRECTOS E INDIRECTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO Tabla 4. Probabilidad de excedencia de caudales para 3 estaciones fluviométricas DGA, a nivel anual y para marzo. Tabla 5. Proporción en % del caudal de derretimiento glaciar (esencialmente hielo) simulado (Tabla 3) respecto de los caudales de excedencia de Tabla 4 y de los caudales DGA de marzo La evidencia aquí presentada indica que la relevancia hídrica de los glaciares es menor a la normalmente aceptada. Efectivamente, obtenemos para la estación Maipo El Manzano un % de aporte de glaciares de 55% y 12% para una probabilidad de excedencia del 95% del caudal de marzo y del caudal anual, respectivamente. Este valor del 55% es menor al 67% estimado por Peña y Nazarala (1987) para marzo 1968/69, año de gran sequía que tuvo niveles similares al 95% de excedencia. Si analizamos el % de aporte hídrico de los glaciares respecto de los caudales promedio anuales (probabilidad de excedencia del 50%) para el Estero de Yerba Loca, en función de la distancia relativa a los glaciares, se obtiene que el aporte decrece rápidamente en forma logarítmica los primeros 27 km medidos desde los glaciares de Yerba Loca (donde se asume un aporte glaciar del 100% a la escorrentía), alcanza el 11% el Yerba Loca antes Junta San Francisco y un 4% en la estación Mapocho Los Almendros (Figura 1). Se aprecia en la Tabla 5 que durante marzo en un año de gran sequía (2015), los % de aporte hídrico proveniente de glaciares pueden alcanzar en Yerba Loca antes de Junta San Francisco hasta 82%, en Mapocho en Los Almendros 46% y Maipo en El Manzano 55%. Las tasas promedio anual son muy inferiores a los % de marzo. 4 Discusión y conclusiones Los resultados de este estudio, extrapolados a toda la cuenca del Maipo, son complementarios a aquellos obtenidos para Yerba Loca por Salazar (2014). Un aporte de nuestro estudio es el cálculo de rendimientos más representativos para años recientes en Yerba Loca basados en mediciones de terreno y un modelo de balance de energía. En efecto, Salazar utilizó rendimientos hídricos obtenidos para el valle contiguo de río Blanco (CODELCO-GAC, 2012 y Marangunic, (2013) que son bastante inferiores para glaciares descubiertos respecto de los valores nuestros (0,6 l/s/ha vs. 2,3 l/s/ha para el periodo promedio enero a marzo 2015). Nuestros altos valores de rendimientos ciertamente están afectados por este reciente verano muy cálido y también por condiciones menores de albedo debido a las escasas precipitaciones registradas durante estos últimos años secos. Para el glaciar de roca 58, el que se encuentra 100% cubierto, nuestros rendimientos son similares al valor de 0,045 l/s/ha reportado por CODELCO-GAC (2012) y Marangunic (2013). Sin embargo, para el caso del glaciar de rocas Littoria, nuestros rendimientos aumentan en verano debido al aporte de una fracción descubierta en su cabecera, que alcanza el 7% de la superficie total. Figura 1. % de aporte hídrico de los glaciares respecto de los caudales promedio anuales (probabilidad de excedencia del 50%) para el Estero de Yerba Loca, en función de la distancia relativa a los glaciares. En conclusión, el aporte hídrico proveniente de glaciares decrece fuertemente a medida que aumenta la distancia a la fuente de los glaciares. Este resultado, que parece muy evidente, ha sido muchas veces subestimado en las grandes cuencas (p.ej. Ganges, Bramaputra) que tienen un origen hídrico mixto (p.ej. glacio- pluvial). En el escenario actual de calentamiento climático, los glaciares en Chile central y prácticamente a nivel global exhiben fuerte pérdida de superficie (Pellicciotti et al., 2014), y por consiguiente en algún momento comenzará a disminuir su aporte hídrico. Es prioritario planificar estrategias de almacenamiento alterativo de agua para poder reemplazar el rol de reservorio estacional y anual que ejercen los glaciares (Vicuña et al., 2011). Esto es particularmente relevante en los periodos de sequía como el último quinquenio , que está relacionado con una mayor frecuencia de eventos La Niña ligados a una fase negativa de la Oscilación Decadal del Pacífico (PDO) (Quintana & Aceituno, 2011). 770

4 AT 3 geología del cuaternario y cambio climático Como recomendación, existen limitaciones al extrapolar a toda la cuenca del Maipo los rendimientos hídricos obtenidos para los 4 glaciares piloto de Yerba Loca. Para lograr mejores estimaciones es preciso disponer de más datos de terreno y asimismo experimentar con diferentes modelos glacio-climáticos. Proceedings' Impact Assessment for Social and Economic Development 34th Annual Conference of the International Association for Impact Assessment 8-11 April 2014, Viña del Mar, Chile ( Vicuña, S., R. D. Garreaud, and J. McPhee Climate change impacts on the hydrology of a snowmelt driven basin in semiarid Chile, Climatic Change, 105(3-4), Agradecimientos Agradecemos a Geoestudios y particularmente a todo el personal de terreno que colaboró durante las campañas de mediciones. Referencias Cade Idepe Diagnóstico y clasificación de los cursos y cuerpos de agua según objetivos de calidad. Cuenca del rio Maipo. Informe Dirección General de Aguas, 201 p. Casassa, G., P. López, B. Pouyaud and F. Escobar Detection of changes in glacial run-off in alpine basins: examples from North America, the Alps, central Asia and the Andes. Hydrological Processes, 23, CODELCO-GAC Estudio de Impacto Ambiental, Proyecto Expansión Andina 244, Servicio de Evaluación Ambiental. Dirección General de Aguas Catastro Nacional de Glaciares. Unidad de Glaciología y Nieves, Dirección General de Aguas. Ministerio de Obras Públicas, información entregada por ley de transparencia, febrero Marangunic, C Glaciares, medio ambiente y proyectos de desarrollo. Presentación Comisión de Medio Ambiente y Bienes Nacionales, Senado, Valparaíso, Chile. Pellicciotti, F., S. Ragettli, M. Carenzo, and J. McPhee Changes of glaciers in the Andes of Chile and priorities for future work. Science of The Total Environment, 493, Peña H, Nazarala N Snowmelt runoff simulation model of a central Chile Andean basin with relevant orographic effects, Large Scale Effects of Seasonal Snow Cover. International Association of Hydrological Sciences 166: Quintana, J.M. and P. Aceituno Changes in the rainfall regime along the extratropical west coast of South America (Chile): 30-43º S. Atmósfera, 25(1), Salazar. C Environmental Impact Assessment in Chile, its application in the case of glaciers. 'IAIA14 Conference 771

5 ST 10 EFECTOS DIRECTOS E INDIRECTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO Figura 2. Ubicación del área de estudio. En rojo la subcuenca del Estero Yerba Loca. En morado la cuenca del río Mapocho, que incluye a la subcuenca Yerba Loca. En rojo la cuenca del río Maipo. La red fluviométrica se muestra en azul. En negro se indican los glaciares, de acuerdo al inventario de la DGA (2014). La estación fluviométrica Mapocho en Los Almendros se indica con un 2, mientras que la estación Río Maipo en el Manzano se indica con un