Maestría en Ingeniería - Recursos Hidráulicos
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Item type: Ítem , Influence of tropical easterly waves on convective processes in northern South America and southern Central America(Universidad Nacional de Colombia, 2025-04) Valencia Betancur, M. Juliana; Poveda Jaramillo , Germán; Builes Jaramillo, Alejandro; Salas, Hernán D.; Valencia, Juliana [0000-0002-8590-8821]; Poveda Jaramillo, Germán [0000-0002-7907-6360]Tropical Easterly waves (TEWs) are important contributors to precipitation and extreme precipitation events (EPEs) in tropical regions during their most active seasons; June to August (JJA) and September to November (SON). This thesis studies the influence of Tropical Easterly Waves in two convection processes, general precipitation and EPEs over Northern South America and Southern Central America during their most TEWs active seasons, JJA and SON. Using the recent TEWs chronology by Hollis (2024), the high spatial resolution precipitation dataset by GPM, and atmospheric variables from ERA5, we quantify percentage changes in these convective processes and analyze their associated synoptic environments. The results show that convective and dry TEWs have an stronger influence over general precipitation from 5°N to 20°. In particular, convective TEWs contribute to increased precipitation, while dry TEWs have the opposite effect, with dry TEWs extending their influence over the Andean region up to the equator. Regarding EPEs composites, each classification of TEWs presents contrasting seasonal patterns, but the sign of percentage changes aligns with that of general precipitation. Convective TEWs show the highest precipitation perturbations over the Caribbean during SON, while dry TEWs display them during JJA. Our findings highlight the importance of classifying TEWs into convective and dry, for both convective processes, general precipitation, and EPEs. We also describe the synoptic environments associated with these results, providing insights into the mechanisms that help to explain the observed changes. (Tomado de la fuente)Item type: Ítem , Modelo de gestión del recurso hídrico incorporando criterios de oferta y demanda en escenarios de cambio climático : caso de estudio sur del Valle de Aburrá(Universidad Nacional de Colombia, 2025-08) Ledesma Mira, Santiago; Carbajal Serna, Luis FernandoEl presente trabajo se enmarca el desarrollo de un Modelo para la Gestión del recurso hídrico, enfocado en los escenarios de las relaciones Oferta-Demanda de los principales acueductos y usuarios presentes en la parte sur de la Cuenca del Valle de Aburra para los municipios de Caldas, La Estrella y Sabaneta. Por medio de la metodología de Dinámica de Sistemas se establece la relación causal de las variables involucradas en el sistema, con la finalidad de poder evidenciar una vez calibrado el modelo las condiciones de respuesta del sistema ante diferentes decisiones de gestión del recurso como, disminución de las perdidas en los sistemas de acueducto, cambios en los esquemas de ocupación del territorio, uso conjunto de aguas subterráneas y cambios normativos frente a los caudales ambientales de las fuentes de agua superficial. Finalmente se procede a comparar la respuesta del modelo ante Tres (3) escenarios de cambio climático con condiciones de cambio moderadas, medias y altas, teniendo como resultado la valoración estadística de las respuestas de la cuenca ante las decisiones de gestión implementadas en el modelo. (Tomado de la fuente)Item type: Ítem , Evaluación cuantitativa de la producción de sedimentos por aportes de laderas al río Magdalena en el tramo Honda-Barrancabermeja y su conectividad sedimentológica(Universidad Nacional de Colombia, 2025-08-28) Diaz Urueña, Wilson Arbey; Posada Garcia, Lilian; Ochoa, Juan Felipe; Posada García, Lilian [0000-0002-5504-2203]; Ochoa, Juan Felipe [0009-0009-5595-3371]Para cuantificar la producción de sedimentos en laderas en el tramo Honda – Barrancabermeja se analizaron 57 cuencas hidrográficas, integrando herramientas de modelación espacial como InVEST, la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (RUSLE) e Índice de Conectividad (IC). El estudio combinó datos de sensores remotos y análisis hidrometeorológicos para estimar la producción de sedimentos e identificar espacialmente zonas críticas de aporte. Entre las cuencas analizadas, el río Negro presentó el mayor aporte de sedimentos con aproximadamente 6424.43 Kton/año. Se identificó también el importante papel de los cinco embalses (La Miel. Guatapé, San Lorenzo, Las Playas y Punchina) presentes en la zona como sumideros de sedimentos, con eficiencias de atrapamiento que varían entre 54.42% y 93.04 %, reteniendo aproximadamente 1773.63 Kton/año en conjunto. El análisis incluyó la erosión de banca como componente adicional, estimándose una contribución de 930.22 Kton/año correspondiente al 5.1% de la contribución relativa del área de estudio, revelando la importancia de considerar los procesos internos del cauce como fuente relevante de sedimentos. El balance de masa mostró coherencia entre los aportes modelados y los datos observados de las series de transporte, con un margen de error del 6.83 %, atribuible principalmente a procesos no modelados como acumulación en zonas de baja energía, sedimentación temporal en barras y dinámica interna del lecho. A manera regional, el área de estudio presenta un índice de conectividad predominantemente bajo, con un valor modal distribuido en los pixeles de -5.43. Esto indica que, aunque existe importante generación potencial de sedimentos, su transferencia hacia el cauce está fuertemente modulada por la estructura del paisaje. (Tomado de la fuente)Item type: Ítem , Precipitación orográfica en los trópicos : entendimiento del efecto de la topografía compleja en la climatología y en la meteorología a escala de evento(Universidad Nacional de Colombia, 2021) Monsalve Salazar, Andres Felipe; Mesa Sánchez, Óscar José; gUrvhHEAAAAJ; Monsalve Salazar, Andres Felipe [0009-0001-1630-9331]En el documento se analiza el papel que juega la topografía en el comportamiento de la precipitación en la franja tropical, y cómo varía esta según las condiciones atmosféricas que la acompañan. Para realizarlo se utilizan dos aproximaciones: una mediante el análisis de datos satelitales de diversas fuentes, y la otra mediante modelación numérica. La metodología incluye en ambos casos la selección de zonas de estudio, que en el primer capítulo son diversas regiones de la franja tropical y en el segundo, el pacífico colombiano, región incluida en el estudio en ambos capítulos. El primer capítulo incluye el análisis conjunto de 8 regiones tropicales con una topografía relativamente estándar según el criterio del autor, pero con ambientes atmosféricos únicos para cada región. De los resultados de esta sección se puede inferir que la concavidad de la ladera según la curva hipsométrica en una configuración montañosa de laderas opuestas, no es el principal modulador de la distribución de la lluvia con la altura en el trópico, sinó los procesos locales o sinópticos asociados a variables atmosféricas diferentes al transporte de vapor de agua en la columna atmosférica; esto sujeto a las restricciones propias de las fuentes de datos utilizadas y descritas. En el segundo capítulo, para poner a prueba el resultado de la sección anterior, se diseña un experimento en el modelo atmosférico WRF (Weather Research and Forecasting Model) en donde el transporte de vapor de agua horizontal juega un papel fundamental, y bajo las mismas condiciones de esta variable en la ladera occidental de la cordillera occidental Colombiana se realizan modificaciones topográficas en una simulación de un día. Los resultados dejan ver una tendencia a incrementar la ocurrencia de valores altos de precipitación sobre la ladera para configuraciones topográficas con una curva hipsométrica característica de cuencas geomorfológicamente más estables. (Tomado de la fuente)Item type: Ítem , Manglares para la protección de socio-ecosistemas costeros. Caso de estudio Punta Soldado, Pacífico Colombiano(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Zapata Delgado, Natalia; Osorio Arias, Andrés Fernando; Villegas Palacio, Clara Inés; https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0002140076; Oceanicos Grupo de Oceanografía E Ingeniería Costera de la Universidad NacionalLos manglares son sistemas socioecológicos (SSE) costeros en los que los factores biofísicos y socioeconómicos interactúan continuamente a diferentes escalas de tiempo y espacio. Estos ecosistemas desempeñan un papel crucial en la adaptación de las comunidades costeras a la variabilidad climática, ya que se ha comprobado que los manglares aportan múltiples Contribuciones de la Naturaleza a las Personas (NCP). Algunas de ellas son el papel de los manglares como barreras protectoras contra la acción de las olas y las inundaciones, el sustento de la pesca y otras especies marinas y la provisión de recursos esenciales y valores culturales para las comunidades costeras. La Costa Pacífica Colombiana (CPC) alberga extensas áreas de manglares, con una significativa importancia ecológica y socioeconómica. Sin embargo, estos ecosistemas han sufrido una severa degradación debido a la variabilidad climática y a la intervención humana. En este estudio, se lleva a cabo una evaluación interdisciplinar (desde enfoques biofísicos, económicos y sociales) del impacto de los fenómenos de variabilidad climática en la contribución de los manglares a la protección costera y otros NCP asociados. Para realizar esta evaluación se utilizan los marcos SSE y NCP propuestos por la IPBES. Se propone un marco metodológico y se aplica a un SSE de manglares en la CPC. Este nuevo marco integra la modelización numérica del papel de los manglares en la protección costera, la investigación cualitativa y los enfoques de valoración económica; para proponer un modelo cualitativo de sistemas dinámicos que ayude a ilustrar las interacciones entre las diferentes variables del sistema en escenarios de variabilidad climática. Se encontró que la función de protección costera de los manglares depende significativamente de las condiciones oceanográficas, como la dirección de las olas, su altura y el nivel relativo del mar. La relación no lineal entre la superficie del manglar y su capacidad de atenuación de las olas depende también de la altura de las olas. Para las condiciones medias del lugar de estudio, son necesarias 30 ha de manglares para garantizar una atenuación suficiente de las olas por este ecosistema. Las percepciones de la comunidad local coinciden con estos hallazgos, especialmente en lo que respecta a la limitada capacidad de protección de los manglares, que también está condicionada por la oceanografía. Además, este PNC está relacionado con otras contribuciones, como el apoyo a la identidad y el sentido de pertenencia de la comunidad, y la provisión de trabajo y alimentos especialmente para las mujeres a través de la piangua (Anadara sp.). El enfoque de valoración económica permitió comprender el papel del clima marino en el valor del PNC de protección costera de los manglares. El modelo de sistemas dinámicos cualitativos mostró las conexiones entre los elementos clave que desempeñan un papel directo o indirecto en los PCN de protección costera de los manglares a la luz del marco del SES. Se trata de un sistema de 106 bucles que ilustra su complejidad, considerando cómo los cambios en un elemento (biofísico, económico o social) pueden afectar a otro tipo de elementos construyendo bucles tanto de refuerzo como de equilibrio en torno a la protección costera. Este estudio pone de relieve la importancia de los enfoques interdisciplinarios para reforzar la resiliencia de los sistemas socio-ecológicos, no sólo frente al cambio climático, sino también frente a la variabilidad climática. Asimismo, los resultados obtenidos son aportaciones para que los profesionales y los responsables de la toma de decisiones propongan estrategias de reducción del riesgo que integren la gobernanza y los conocimientos locales y técnico-científicos. (Tomado de la fuente)Item type: Ítem , Analysis of the directional distribution of the wave energy during different climate conditions(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Ayala Cruz, Franklin Farid; Osorio Arias, Andrés Fernando; Montoya Ramírez, Rubén Darío; Ayala Cruz, Franklin Farid [0000-0002-2590-6285]; Oceanicos Grupo de Oceanografía E Ingeniería Costera de la Universidad Nacional; Babanin, AlexanderThe directional wave spectra during hurricane conditions are not well represented by numerical wave models, limiting their capability for extreme waves hindcasting and forecasting purposes. This research intends to conduct, using WAVEWATCH III, a sensitivity analysis of the wind input term packages ST3/4/6 to identify the response of the hurricane-generated wave spectra to the most critical parameters of each parameterization. In addition, modifications in the directional spreading functions of the current observation-based source terms are evaluated during a regular storm case in the Caribbean Sea and Gulf of Mexico. BETAMAX, ZALP, and ZWND are the most sensitive parameters from ST3/ST4, and SINWS for ST6; however, their impact is not relevant in the directional space and do not unambiguously point out the physical mechanisms that solve the underestimation/overestimation of swell/wind sea waves. Narrower $\cos^2$ and $\cos^4$ distributions in the atmospheric input, and a bimodal spreading function for the dissipation rate, show an enhancement of the energy around the main wave propagation direction. These inclusions exhibit a good agreement with wave integral and 2D spectra buoy measurements during wind sea-dominated conditions, and their performance is better than the default directional functions during the most energetic periods of the simulation. (Tomado de la fuente)Item type: Ítem , Respuesta y variabilidad de los foraminíferos bentónicos ante los escapes de metano y las variables ambientales en la zona offshore del cinturón plegado del Sinú.(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Barragán Jacksson, Camila María; Bernal Franco, Gladys Rocío; Barragán Jacksson, Camila María [0000000157086106]; OceánicosLos foraminíferos bentónicos han demostrado ser herramientas locales del entendimiento de la dinámica de las emanaciones de metano a nivel mundial. Este estudio caracteriza el nivel de filtración de 18 estaciones dentro un campo de filtración entre la plataforma continental y el talud del cinturón plegado del Sinú a partir de la variabilidad espacial de las poblaciones de foraminíferos bentónicos (FB) con relación a los escapes y la actividad de filtración de fluidos. La variabilidad espacial de las filtraciones se identificó en 4 zonas de actividad, a partir de la dominancia de las asociaciones de las especies dominantes y las variables obtenidas a partir de los FB en conjunto con análisis clusters y PCA. La asociación de Q. candeiana, T. trigonula, L. difflugiformis, E. excavatum y C. poeyanum, representa la zona de actividad baja; la asociación de L. ungeriana, C. mundulus, C. pseudoungerianus la de filtración moderada; la asociación de L. soldanii, B. irregularis y B. cf aspratilis la de filtración moderada-alta; mientras que la zona de alta filtración se identifica con C. mundulus y otras especies hialinas. Además, las adaptaciones fisiológicas como la simbiosis, el tipo de sustrato, y el trasporte del metano resultan repercutir sobre las abundancias de estas especies en las distintas zonas de filtración, indicando el favorecimiento de mayores abundancias de FB en zonas de actividad moderada. Finalmente, la relación de los FB con el metano y otras variables ambientales se identificó a partir de un análisis de redundancia (RDA) en donde las poblaciones de FB estudiadas responden principalmente al tipo de sustrato, la salinidad y las filtraciones de metano. (Texto tomado de la fuente)Item type: Ítem , Efecto de los cambios de la cobertura de la tierra en la recarga potencial directa en el Acuífero Libre del Valle de Aburrá(Universidad Nacional de Colombia, 2024-06-18) Arenas González, Brayan Andrés; Ortiz Pimienta, Carolina; Betancur Vargas, TeresitaEs de gran importancia entender los efectos que tienen los cambios en la cobertura de la tierra en la recarga potencial directa (RPD), especialmente en zonas en las que se presenta crecimiento urbano acelerado y presiones por los cambios de las coberturas de la tierra. En este estudio se analizaron los efectos de los cambios de la cobertura de la tierra en la RPD del Acuífero Libre del Valle de Aburrá, un acuífero ubicado en un entorno urbano, con importantes intervenciones antrópicas y rápido crecimiento urbano, localizado la región andina de Colombia. Para representar los cambios de la cobertura de la tierra se generaron mapas de coberturas a partir de la clasificación de imágenes satelitales mediante el algoritmo Random Forest, se definieron cuatro (4) escenarios correspondientes a los años 1990, 2000, 2010 y 2020, el modelo de clasificación fue meticulosamente calibrado y validado, logrando coeficientes de kappa superiores a 0.87 en todos los escenarios. Se evaluaron los efectos de los cambios de la cobertura de la tierra en la RPD mediante el balance de humedad del suelo, implementando el modelo SWB 2.0 en los cuatro (4) escenarios de la cobertura de la tierra predefinidos, con un periodo de modelación hidrológico de 1990 a 2020 y un paso de tiempo diario. El modelo fue adecuadamente parametrizado y validado, sometiéndose a un análisis de sensibilidad para asegurar la fiabilidad de las estimaciones. Los resultados muestran una RPD promedio de 78.2 Hm3/año para el escenario de 1990, en cambio, para el escenario de 2020 se estima una RPD de 68.7 Hm3/año, reflejando así una disminución de 9.5 Hm3/año, equivalente al 12% de la RPD del escenario de 1990. La disminución de la RPD se atribuye principalmente al aumento de los territorios artificializados y la disminución de las coberturas vegetales en la zona de estudio, estos cambios de cobertura favorecen la escorrentía superficial y disminuyen la RPD de la zona de estudio. (Tomado de la fuente)Item type: Ítem , Comportamiento de la curva de calibración en placas orificio para diferentes condiciones de operación(Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín, 2024-06-17) Diaz Giraldo, Harold Nolberto; Toro Botero, Francisco Mauricio; Benavides, Aldo GermánEn este trabajo de investigación se presenta un análisis del coeficiente de pérdidas de energía y la cavitación de las placas orificio de gran diámetro en conductos a presión bajo una alta variabilidad de condiciones hidrodinámicas. El enfoque de este estudio se centra en comprender el comportamiento hidrodinámico de estos accesorios y en utilizar Software de dinámica de fluidos computacional (CFD) para encontrar una solución óptima del coeficiente de pérdidas de energía local de las placas orificio. Para llevar a cabo el análisis, se implementaron softwares computacionales como ANSYS Fluent, SimScale y OpenFOAM, que utilizan el método de volúmenes finitos. Los resultados obtenidos se validaron con análisis experimentales realizados por diversos autores, que contaban con sistemas de presurización controlados y algunos puntos estratégicos de monitoreo para las variables que describen su hidrodinámica. Además, se propone una ecuación para determinar el coeficiente de pérdida de energía al emplear placas en conductos a presión de gran tamaño. Finalmente, se llevó a cabo la modelación en Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de un proyecto típico de una descarga de fondo utilizando el método de Volumen de Fluido (VOF). Se consideraron los resultados obtenidos en esta tesis y, a partir de la modelación, se confirmaron las ecuaciones encontradas. (Texto tomado de la fuente)Item type: Ítem , Estimación de balances hídricos de corto plazo en la Cuenca del Río Cauca : una aproximación al funcionamiento del almacenamiento del agua en el suelo(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Cetre Orejuela, Harol Alexander; Ortiz Pimienta, Carolina; Vélez Upegui, Jaime Ignacio; Cetre Harol [0000-0003-2650-0006]; Harol CetreEsta tesis presenta una metodología de simulación hidrológica que permite describir a escala de cuenca, la variabilidad espaciotemporal del cambio en el almacenamiento del agua en el suelo (AAS). La metodología explora el poder predictivo de un modelo hidrológico agregado (MHA) y del balance hídrico de corto plazo (BHCP), en la reproducción de la variabilidad espaciotemporal del cambio en el AAS. La metodología fue aplicada en 32 subcuencas de la cuenca del río Cauca, y como resultado se presenta la variabilidad mensual intranual e interanual del cambio en el AAS en el periodo comprendido entre los años 1990 y 2009. A partir del análisis de la estacionalidad del cambio en el AAS en las subcuencas, se identificaron tres patrones de variabilidad intranual del cambio en el AAS y se delimitaron tres subzonas geográficas en función de los patrones de variabilidad. En las cuencas de cada subzona se determinó que la estacionalidad es controlada por el ciclo anual de la precipitación mensual, con un rezago temporal que oscila entre 10 y 60 días según la subzona. En la escala regional (suma de todas las subcuencas) se determinó que los principales efectos del ENSO sobre los cambios en el AAS se dan en la variabilidad intranual. Durante El Niño el promedio mensual del cambio en el AAS reduce entre un 75% y 85%, mientras que durante La Niña el promedio mensual del cambio en el AAS incrementa hasta un 110%. Para validar los resultados de la metodología de simulación hidrológica se empleó la información de espesor equivalente de agua en el suelo de la misión satelital Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE). Con la comparación se determinó que el MHA reproduce las tendencias de largo plazo observadas por GRACE en la escala de cuencas, y en la escala regional reproduce la estacionalidad, la variabilidad mensual interanual y la tendencia de largo plazo. Por último, en esta tesis también se determinó el rol del cambios en el AAS sobre la dinámica hidrológica de las cuencas. El AAS regula la recesión de los caudales en las cuencas y aporta en promedio el 85% del caudal mínimo mensual y cerca del 57% del caudal medio mensual. (Tomado de la fuente)Item type: Ítem , Dinámica geoquímica en andisoles alto andinos, caso de estudio, la microcuenca Las Palmas(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Berbesí Jaimes, Andrés Fernando; Cardona Gallo, Santiago; Loaiza Usuga, Juan CarlosThe dynamics of water in basins is regulated by its interaction with soil moisture, vegetation, temperature and precipitation among other factors. The changes in these interactions can be used as tools for the analysis of hydrological processes and generate ecosystem management proposals. The soil is a key element in the water cycle, which regulates most of the processes that take place there, but the growth of anthropogenic agro-industrial activities has brought with it the alteration of ecosystems and a significant deterioration in the quality of surface and underground waters, thus the use of nitrogenous fertilizers has been one of the factors that has led to the progressive pollution of water quality, generating a risk to human health, from the chemical species associated with these fertilizers, the contaminant that requires the most attention is nitrates. In order to analyze the influence of pollutants such as nitrate on water quality in a basin system where andisol soils are present, the study area was divided into four areas of interest (potato cultivation, pastures, forests and the channel of Las Palmas brook), in the land-use-zones potato crops, grasslands and forests, two experimental plots with sufficient hydrometeorological instruments were used to obtain data on precipitation, surface runoff, infiltration at 0,20 and 0,50 m deep, in addition to a physicochemical analysis of the waters of each of these systems and an analysis of the dynamics of iron in Andisol soils as an indicator of ion mobility. In the interest to relate the hydrological processes based on the chemical species studied, multivariate statistical methods were applied such as the variant analysis of three factors and principal components (PCA), together with linear regressions (ANCOVA); with the purpose of generating information to design better management strategies for the different land uses and mitigate the impacts on bodies of water. The results found show a lower storage of water in the soil for the forest soils (gallery or riparian forest) due to the high interception by the covers; while soils under crops (Solanum Tuberosum) and grazing (Pennisetum Clandestinum) have high moisture retention. Given the high availability of water in these ecosystems, conditions associated with anaerobic processes prevail in wet seasons and aerobic processes in dry seasons, where water flows in wet seasons have concentrations of less than 50 mg/L NO3-, which does not represent a risk to human health, in dry seasons these concentrations can be exceeded, especially in the forest area with concentrations up to 139 ml/L NO3- (June). The high moisture content of the soil, high rainfall, high infiltration (83-99%) and low runoff (<1%), as well as acidity and a redox potential of less than 450 mV, condition the mobility of contaminants in these environments favoring the resilience of these ecosystems.Item type: Ítem , Evaluación de la susceptibilidad a la erosión hídrica en Andisoles. Caso de estudio: Cuenca Las Palmas(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Pérez Jiménez, María Marcela; Loaiza Úsuga, Juan Carlos; Poveda Jaramillo, Germán; 0000-0002-3109-763XEsta tesis ha investigado la respuesta de la escorrentía y la erosión del suelo en condiciones de lluvia natural y el comportamiento del suelo en relación a las condiciones de uso y manejo en la cuenca Las Palmas localizada en los Andes centrales de Colombia; mediante trabajo experimental en parcelas lluvia-escorrentía con la medición de precipitación, escorrentía, arrastre de sedimentos, infiltración y percolación, usando métodos de análisis de correlación estadística, con el propósito de evaluar la susceptibilidad a la erosión hídrica durante el periodo de 14/10/2018 – 12/12/2018, periodo catalogado como de transición entre la época de lluvia y época seca. Los resultados sugieren que cambios en la dinámica del uso del suelo en las parcelas de bosque (densidad vegetal 100%) a cultivo (densidad vegetal 5%) puede ocasionar aumentos en la escorrentía de hasta el 33% y erosión hasta un 87%. Los cambios de uso en las parcelas de bosque a pasturas (densidad vegetal 90%) dieron lugar a un aumento de la escorrentía y erosión del 32% y 78%, respectivamente. (texto tomado de la fuente)Item type: Ítem , Desarrollo de un modelo para cuantificar la intermitencia en procesos estocásticos(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Tuirán Ruiz, Melisa; Ochoa Jaramillo, Andrés; Chavez-Demoulin, Valérie; TUIRAN RUIZ, MELISA; Posgrado en Aprovechamiento de Recursos HidráulicosUna de las características poco estudiadas de la precipitación es la intermitencia, entendida como la alternancia de periodos de intensa y reducida actividad. La intermitencia tiene consecuencias para la agricultura y la generación de energía hidroeléctrica y favorece la ocurrencia de sequías e inundaciones. El capítulo 1 de esta tesis plantea una metodología para cuantificar la intermitencia de conglomerados de extremos, equivalentes a las agrupaciones de valores que igualan o superan el P90 de la serie. Esta consiste en el uso de un coeficiente de dispersión, Burstiness, y de una medida de agrupación extremal, el índice Extremal. En el capítulo 2 se cuantifica la intermitencia de la lluvia en Colombia aplicando la metodología del capítulo 1 en series diarias de precipitación de CHIRPS de resolución espacial 0.05° entre 1981 y 2022. De acuerdo a los resultados, las regiones Amazonía y Caribe son las regiones con menor y mayor dispersión de los parámetros que cuantifican la intermitencia, respectivamente. El diagnostico que se presenta tiene el potencial de poderse incorporar a la planificación de actividades de aprovechamiento de recursos y a la gestión de riesgos de desastres naturales. (Texto tomado de la fuente)Item type: Ítem , Alteraciones en los flujos de humedad asociadas al cambio climático en el complejo orográfico Magdalena - Cauca, y sus efectos en la precipitación(Universidad Nacional de Colombia, 2023-09-27) Bonilla Rodríguez, Mónica Andrea; Carvajal Serna, Luis Fernando; Vélez Upegui, Jaime Ignacio; 0000-0002-7220-6521; Posgrado en Aprovechamiento de Recursos HidráulicosLa complejidad orográfica de Colombia condiciona la circulación atmosférica que transporta humedad al interior del país. Dado que la convergencia de flujos de humedad y su interacción con la topografía influyen en las variables del ciclo hidrológico, resulta relevante comprender su comportamiento histórico y sus tendencias a futuro en un contexto de cambio climático. Utilizando los datos del reanálisis ERA5, se estima la convergencia de flujos de humedad de las cuencas del río Magdalena (MAG) y Cauca (CAU), delimitadas aguas arriba de su confluencia, donde prevalece la orografía de las cordilleras. Teniendo en cuenta la variabilidad del relieve y la forma de las cuencas a la resolución delimitada, se propone una metodología que discretiza el análisis por columna atmosférica de cada pixel, considerando su respectiva elevación del terreno. Los resultados se contrastan con la información de los caudales de salida de las cuencas, mediante la ecuación de balance hídrico de largo plazo en la columna atmósfera - suelo. Se analiza la representatividad de cuatro modelos del reciente CMIP6 en el escenario más extremo de cambio climático, a partir de interpolación espacial para una resolución equivalente con los datos de ERA5, estimando las correlaciones entre los datos históricos y sus diferencias con las proyecciones al escenario 2050 a 2100. Los resultados evidenciaron que la barrera orográfica ejerce disminución en el influjo de humedad atmosférica en los niveles superficiales (> 700 hPa), y asociado a esta interacción se presenta mayor precipitación media en la ladera occidental de las cuencas. Se observó que la convergencia de flujos de humedad está condicionada por una correcta representación del terreno en zonas de alta variabilidad para obtener resultados coherentes con el balance hídrico de largo plazo. Para los datos históricos, los modelos del CMIP6 utilizados presentaron buenas correlaciones de flujo de humedad meridional en los niveles medios y superficiales de la atmósfera, a diferencia de los flujos zonales, pero su baja resolución espacial implicó sobrestimaciones de influjo neto al aplicar ajustes lineales. El campo tridimensional de velocidad de los modelos del CMIP6 reflejó un comportamiento similar entre históricos y proyecciones, con pequeños cambios porcentuales en los promedios de la columna atmosférica, esto motivó a un planteamiento de conservación de la circulación atmosférica en el futuro, y condujo a explorar un empalme con los datos del campo de velocidad de ERA5. Bajo las hipótesis consideradas, se encontraron aumentos en la convergencia de humedad futura en tres de los cuatro modelos. En el caso de la precipitación, los modelos más aproximados a los datos históricos de CHIRPS, presentaron un aumento de casi el 40% para MAG y menos del 6% para CAU en el escenario futuro. Pese a las limitaciones, el modelo GFDL-ESM4 mostró el mejor desempeño para representar la convergencia de humedad y la precipitación en las cuencas, contrario al modelo FGOALS-g3 que tuvo el desempeño más deficiente. (Texto tomado de la fuente)Item type: Ítem , Análisis de las condiciones geomorfológicas y de precipitación detonantes de eventos torrenciales en cuencas del departamento de Antioquia(Universidad Nacional de Colombia, 2023-10-20) Rodríguez Martínez, Laura; Velásquez Girón, Nicolás; Carvajal Serna, Luis Fernando; 0000-0002-7690-6322Las avenidas torrenciales son una de las principales amenazas naturales a nivel mundial. Estos eventos son generados por una combinación de factores atmosféricos y geomorfológicos complejos que siguen siendo materia de estudio. El objetivo de este trabajo es identificar patrones geomorfológicos y de precipitación característicos de cuencas torrenciales en el departamento de Antioquia a partir de bases de datos con reportes históricos, información meteorológica detallada y modelos de elevación digital. Con esta investigación se pretende hacer inferencias generalizadas sobre el fenómeno. Inicialmente se analizan las características geomorfológicas y morfométricas de las cuencas, encontrando que las más importantes son las asociadas al relieve. Se proponen metodologías para identificar cuencas torrenciales obteniendo un porcentaje de error cercano al 15%, el cual disminuye a menos de 10% cuando se introducen indicadores relacionados con la lluvia. El análisis espacial agregado de la precipitación antecedente a los eventos torrenciales muestra que los 10 días anteriores son los más importantes. Además, el comportamiento espacial distribuido de la precipitación durante los eventos torrenciales, evidencia que la lluvia se concentra en las partes altas de las cuencas, donde la interacción con las condiciones geomorfológicas propicia el desencadenamiento del evento torrencial. Los resultados de este trabajo son significativos para la gestión del riesgo del territorio y aportan información relevante sobre el comportamiento geomorfológico y de la precipitación en cuencas torrenciales del departamento. (texto tomado de la fuente)Item type: Ítem , Patrones de circulación de corrientes en una zona insular del Caribe y su influencia en la descarga de efluentes. Caso de estudio San Andrés, Colombia(Universidad Nacional de Colombia, 2023-08-01) Espinosa Ordoñez, Paula Andrea; Osorio Arias, Andres Fernando; Osorio Cano, Juan David; Osorio Cano, Juan David [0000-0002-5324-7790]; Oceanicos Grupo de Oceanografía E Ingeniería Costera de la Universidad NacionalLos patrones de circulación de corrientes en aguas poco profundas pueden controlar procesos claves como el transporte y difusión de efluentes. En este estudio, se investigaron los patrones de circulación de corrientes y la influencia sobre las descargas de efluentes en la isla de San Andrés ubicada al noroeste del mar Caribe. Para caracterizar estos patrones se empleó el modelo numérico acoplado de olas y corrientes Delft Wave-Flow, calibrado y validado con datos de campo de corrientes, olas y marea. Los resultados revelaron que la marea ejerce una mayor influencia en la laguna arrecifal con velocidades entre 0.01 ms-1 y 0.04 ms-1. Las corrientes influenciadas por las olas alcanzaron velocidades entre 0.3 ms-1 - 0.75 ms-1 sobre la cresta de la barrera arrecifal. El viento ejerce influencia sobre las corrientes generando magnitudes de velocidad que oscilan entre 0.2 ms-1 y 0.8 ms-1 en la cresta de los arrecifes y en aguas poco profundas del oeste de la isla. En el análisis de estacionalidad de las corrientes, se encontró que durante el trimestre de diciembre, enero y febrero las magnitudes de las corrientes son máximas y pueden variar entre 0.6 ms-1 a 0.8 ms-1, mientras que para el trimestre de septiembre, octubre y noviembre las corrientes son mínimas con valores entre 0.15 ms-1 a 0.35 ms-1. Los escenarios de eventos sintéticos extremos muestran que las corrientes pueden alcanzar velocidades entre 0.75 ms-1 y 1.2 ms-1 cuando se propagan olas desde el norte con una altura de ola significante de 3.5 m. Finalmente se evaluó el transporte de las descargas de efluentes en el costado oeste y al norte de la isla, bajo condiciones estacionales y extremas. En condiciones extremas se encontró que el 10% de la concentración de la descarga en el norte cubre áreas de la isla con presencia de ecosistemas marinos sensibles tales como, corales, pastos y manglares. El presente estudio permitiría contribuir a la formulación de lineamientos técnicos y toma de decisiones informadas en relación con la protección y conservación de los ecosistemas costeros, así como la gestión sostenible de los recursos marinos. (Texto tomado de la fuente)Item type: Ítem , Variabilidad intraestacional de la precipitación sobre el norte de Sudamérica: diagnóstico y conexiones(Universidad Nacional de Colombia, 2023-07-27) Taborda Soto, Juan Esteban; Poveda Jaramillo, Germán; Taborda Soto, Juan Esteban [0000-0002-1908-6030]; Poveda Jaramillo, Germán [0000-0002-7907-6360]; Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos; Poveda Jaramillo, Germán [6602764979]Entender la precipitación a escala intraestacional es fundamental para establecer sistemas de pronóstico que permitan prever la ocurrencia de diferentes eventos que condicionen la disponibilidad del recurso hídrico y eventos extremos que impliquen inundaciones y sequías. En este sentido, se realiza un estudio de los patrones principales de precipitación sobre norte de Sudamérica, por medio del análisis de componentes principales, en tres bandas intraestacionales: 1-10 días, 10-30 días y 30-90 días. Posteriormente, se relacionan estos patrones con las ondas acopladas con la convección (CCW), los chorros de bajo nivel (LLJ) CHOCÓ, Caribe y Orinoquia, y la interacción suelo-vegetación-atmósfera representada por la evapotranspiración (ET). Los resultados muestran vínculos significativos entre las primeras PCs de la banda de 1-10 días con las ondas Kelvin, depresiones tropicales (TD), inercio-gravitacionales hacia el este (EIG) y mixtas de Rossby-gravedad (MRG), junto con la actividad de la ET. Además, en la banda de 10-30 días se encuentran vínculos principalmente con las ondas Rossby, los LLJ y la ET. Asimismo, en la banda de 30-90 días, con las ondas de Madden-Julian (MJO), los LLJ y la ET. Por último, con base en estas relaciones, se realiza un ejercicio de pronóstico de caudales medios diarios en el río Sogamoso (Colombia) con diferentes modelos estadísticos, de los cuales, los modelos de Regresión lineal (LR) y Vectores de soporte (SVM) muestran ganancias significativas respecto a los pronósticos de referencia climatológico (hasta 94% para los caudales mínimos) y antecedente (hasta 28% para los caudales medios). (Texto tomado de la fuente)Item type: Ítem , Modelo conceptual de la afectación del cobre (II) presente en aguas residuales industriales sintéticas en contacto con la biomasa de las aguas residuales de tipo doméstico en un alcantarillado(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Suarez Vanegas, Paula Andrea; Gallego Suárez, Darío de Jesús; Ocampo Carmona, Luz Marina; https://orcid.org/0000-0003-2128-1529; Suárez Vanegas, Paula Andrea [0000-0003-2128-1529]; Ciencia y Tecnología de Materiales; Bioprocesos y Flujos ReactivosLa presente tesis, mediante un modelo conceptual busca conocer el efecto del ion cobre (II) proveniente de un agua preparada con CuSO4 cuyas características de concentración reflejan la concentración proveniente de un vertimiento generado por un proceso de cobrizado, al entrar en contacto con la biomasa de un agua residual doméstica sintética (ARDS), cuya composición recrea las condiciones del agua residual que fluye a través del alcantarillado público. Para ello se consideró el alcantarillado como un reactor de tipo flujo-pistón según las condiciones de operación, realizando un escalado a nivel laboratorio de la composición de las aguas con contenido de cobre y domésticas sintéticas. Se evaluó la inhibición de la actividad respiratoria ocasionada por el CuSO4 en la biomasa de las aguas residuales utilizando técnica respirométrica y se midió concentración de cobre mediante absorción atómica, conteo de heterótrofos por unidad formadora de colonias (UFC) y concentración de sólidos suspendidos totales con el método 2540D del Standar Methods en los ensayos realizados en el equipo Shaker. Los resultados evidencian el efecto bactericida del cobre sobre algunos de los microorganismos presentes en el agua residual, así como el proceso de precipitación del ion cobre (II) a través del análisis de DRX realizado y el subsecuente aumento de sólidos suspendidos. Se pudo comprobar además que el flujo que viaja a través del alcantarillado presenta un comportamiento como el esperado en un reactor flujo-pistón, lo que deriva en el transporte advectivo-difusivo de los contaminantes. Con los resultados obtenidos se elaboró el modelo conceptual que relaciona los efectos del Cu2+ en la biomasa del ARDS bajo el concepto del alcantarillado como un reactor, estableciendo las bases para modelaciones más robustas bajo las condiciones aquí propuestas a través del planteamiento matemático inicial y el cálculo de las constantes cinéticas para concentración de Cu, muerte celular y transferencia de oxígeno, además de que se pudo realizar un acercamiento ambiental al fenómeno a través de la construcción de la matriz de Leopold. (Texto tomado de la fuente)Item type: Ítem , Modelos cuantitativos de evolución del paisaje y su aplicabilidad a cambios inducidos en el cauce aguas arriba de un embalse en cuencas de montaña(Universidad Nacional de Colombia, 2023-01-31) Martínez Pérez, Katherine; Vélez Upegui, Jaime Ignacio; Cataño Álvarez, Santiago; Vélez Upegui, Jaime Ignacio [0000-0002-2042-9459]; Cataño Álvarez, Santiago [0000-0003-3844-5761]; Posgrado en Aprovechamiento de Recursos HidráulicosLos embalses modifican el nivel base de las corrientes y por lo tanto tienen impactos en la evolución del cauce aguas arriba, producto de la erosión y depositación de sedimentos por efectos del flujo del agua. La presente investigación se enfoca en la evolución del cauce aguas arriba de un embalse, evaluando la posibilidad de tener una aproximación cuantitativa adecuada de los cambios en la morfología del cauce a largo plazo humano (50 a 100 años). Para ello se exploró la utilidad de los modelos de evolución de paisaje y la aplicabilidad de modelos hidrodinámicos y de transporte de sedimentos diseñados para corto plazo. Fueron seleccionados los modelos más usados por la comunidad y que podían ser útiles al objeto del estudio y se aplicaron en un sitio de estudio para identificar sus capacidades y limitaciones. La evaluación de estos modelos indica que mientras que la mayoría de los modelos de evolución del paisaje son pensados para estudios de más largo plazo (escala geológica), la mayoría de los modelos hidrodinámicos que simulan transporte de sedimentos presentan limitaciones por estabilidad y largos tiempos de cómputo por lo que su aplicabilidad se restringe a estudios de corto plazo. Producto de la evaluación y comparación de los modelos, se encontró que el modelo HEC-RAS 1D puede configurarse en una herramienta que permite analizar tendencias de evolución del cauce aguas arriba de un embalse, y con información de calidad podría emplearse para predecir cambios morfológicos y tomar decisiones para la planificación de largo plazo de los proyectos. (Texto tomado de la fuente)Item type: Ítem , Análisis de la influencia de la precipitación y las condiciones de humedad antecedente sobre la formación del hidrograma durante eventos de tormenta el Valle de Aburrá(Universidad Nacional de Colombia, 2023-05-23) Castillo Giraldo, Soraya; Botero Fernández, Verónica; Castillo Giraldo, Soraya; Castillo Giraldo, Soraya; https://orcid.org/0000-0002-2968-8860; Castillo Giraldo, Soraya; Castillo Giraldo, Soraya; Castillo Giraldo, SorayaLa respuesta hidrológica (HR) de los cauces a eventos de precipitación, es reportada como un proceso de importante variabilidad debido a los múltiples y complejos factores controladores que lo influencian. Este trabajo explora dicha variabilidad en las sub-cuencas del valle de Aburrá (AV), enfocándose en los dos factores con mayor dominio en la HR a escala de evento: la precipitación detonante y las condiciones de humedad antecedentes. Para ello se comparó información hidrológica de nivel y precipitación de radar, con una resolución temporal fina, en 58 sub-cuencas dentro del área de estudio. A su vez, esta información fue contrastada con las principales características físicas de las subcuencas. Se realizaron también análisis de los registros de la primera red de humedad del suelo (SM) in-situ de la zona, que incluyó 7 sub-cuencas del AV, en comparación con la información de eventos de precipitación y crecientes. El análisis de los eventos de tormentas en el AV, exhibió una relación creciente entre las magnitudes de la precipitación acumulada y el nivel máximo alcanzado por las crecientes. El estudio sugiere que la manifestación de dicha relación es susceptible al tamaño de la muestra de eventos y a la metodología usada para identificar los mismos; al analizar con menos cantidad de eventos, las magnitudes de precipitaciones y crecientes no presentaron relaciones observables. Por otro lado, se encontró que al final de las temporadas de lluvia en el AV se necesitan menores magnitudes de lluvia para detonar crecientes, mientras que al final de las temporadas secas son necesarios eventos de precipitación de mayor acumulado. En contraste, los patrones encontrados respecto al rol de la precipitación en la HR, no presentaron relaciones observables con las principales características físicas de las sub-cuencas de interés. Respecto a la humedad del suelo, los análisis manifestaron relaciones crecientes entre los picos de SM y de las crecientes durante eventos de precipitación. Adicionalmente, se encontraron relaciones de umbral entre la precipitación acumulada y humedad del suelo máxima durante eventos de lluvia, así como entre las magnitudes pico de humedad del suelo y de las crecientes; ambos comportamientos de umbral asociadas a valores de similares SM. Estos hallazgos sugieren que al superar cierto umbral de humedad del suelo, los eventos de creciente más relevantes pueden presentar mayor probabilidad de ocurrencia. En general, los resultados de este estudio pusieron de manifiesto el rol de ambos factores controladores de la HR, la precipitación y las condiciones de humedad antecedente, en las subcuencas del Valle de Aburrá. Estos sugieren que el monitoreo de ambos factores es potencialmente útil para el entendimiento y la alerta temprana de eventos de creciente en el área de estudio. (Texto tomado de la fuente)