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

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

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

  1. 1. “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
  2. 2. 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.
  3. 3. INTRODUCCIÓN Manual de Carreteras (Dirección de Vialidad) y el diseño hidrológico de infraestructuras
  4. 4. ÁREA DE ESTUDIO: CUENCA DEL RÍO MATAQUITO  www.elmaule.cl
  5. 5. 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.
  6. 6. DESCRIPCIÓN
  7. 7. TENDENCIAS HIDROCLIMÁTICAS HISTÓRICAS
  8. 8. TENDENCIAS HIDROCLIMÁTICAS HISTÓRICAS
  9. 9. TENDENCIAS HIDROCLIMÁTICAS HISTÓRICAS Río Colorado en junta con Palos
  10. 10. 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
  11. 11. METODOLOGÍA PROPUESTA  ¿Que pasará en la zona de estudio?  ¿Cuáles serían las implicancias para el diseño de un puente?
  12. 12. • 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
  13. 13. 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°.
  14. 14. 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 
  15. 15. 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.
  16. 16. 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.
  17. 17. PROYECCIONES FUTURAS más seco más cálido
  18. 18. PROYECCIONES FUTURAS Caudales anuales probablemente disminuirán durante el Siglo XXI.
  19. 19. 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
  20. 20. Caudales máximos anuales con un periodo de retorno de 100 años aumentan en promedio 15-50% para el periodo 2070-2099 FUTURAS CRECIDAS
  21. 21.  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
  22. 22. Qmax inst. con T = 100 años muy superior al umbral de alerta rojo FUTURAS CRECIDAS
  23. 23. 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
  24. 24. 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.
  25. 25. 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
  26. 26. “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

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