Logo Repositorio Institucional

Please use this identifier to cite or link to this item: https://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/45413
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorCrespo Sánchez, Patricio Javier-
dc.contributor.authorLazo Jara, Patricio Xavier-
dc.date2100-12-31-
dc.date.accessioned2024-09-19T22:16:34Z-
dc.date.available2101-01-01-
dc.date.available2024-09-19T22:16:34Z-
dc.date.issued2024-09-17-
dc.identifier.urihttps://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/45413-
dc.descriptionComprender los procesos hidrológicos es crucial para la correcta gestión de los recursos hídricos, especialmente en los ecosistemas andinos, donde la mayoría de ellos permanecen sin monitoreo y poco estudiados. Aunque varios intentos han aumentado nuestro conocimiento sobre estos temas mediante el uso de trazadores, todavía existe la necesidad de encontrar formas de evaluar procesos subhorarios, principalmente debido a limitaciones en recursos logísticos y económicos. Estos procesos subhorarios son difíciles de estudiar en cuencas con escorrentía de rápida respuesta, donde los caudales máximos se alcanzan muy rápidamente, obviándolos la mayoría de las veces. Esto tiene un papel importante en la gestión del agua, ya que brinda información sobre la dinámica de almacenamiento y liberación dentro de la cuenca, pudiendo variar según sus características, el uso de la tierra y el clima de la misma, de ahí la necesidad de determinar cuáles de ellos son los factores que controlan dichos procesos. Para llenar este vacío de conocimiento, se debe realizar un análisis exhaustivo de los procesos hidrológicos a escala de evento mediante la modelación de separación de flujo de agua de evento y pre-evento. La separación de flujo asume que el caudal de un evento de lluvia-escorrentía puede separarse en dos o más componentes de flujo, siendo los dos componentes comúnmente usados el agua de evento —entra al sistema hidrológico durante el evento de lluvia-escorrentía (e.g., precipitación) y el agua de pre-evento—almacenada en el sistema antes de que inicie el evento de lluvia-escorrentía (e.g., agua de suelos o subterránea). Esta tesis busca determinar los factores espaciales y temporales que controlan la fracción de agua de evento mediante el uso de datos de alta resolución. Para este fin, se siguieron tres objetivos específicos: (1) evaluar si el uso de conductividad eléctrica e isótopos estables para eventos monitoreados bajo condiciones hidrometeorológicas variables produce resultados de separación de flujo de evento y preevento similares, (2) examinar si modelos de diferente complejidad producen resultados de separación de agua de evento y pre-evento similares cuando se usa conductividad eléctrica y el oxígeno-18, y (3) determinar cuáles son los factores espaciales y temporales que controlan la separación de flujo de evento y pre-evento en un ecosistema andino montano tropical mediante el uso de datos de conductividad eléctrica de alta resolución. Para esta tesis, se midió las concentraciones de oxígeno-18 y conductividad eléctrica en el caudal y la precipitación en una cuenca andina de montaña tropical (3505 a 3900 m s.n.m.) con alta resolución temporal (p. ej., 6 h, 4 h, 1 h, 5 min). Estos datos, junto con datos hidrometeorológicos de alta frecuencia, se utilizaron en combinación con modelos asistidos por trazadores para estimar las fracciones de agua del evento y pre-evento de varios eventos de lluvia y escorrentía en condiciones de flujo variable. Además, los resultados del modelo se correlacionaron con variables hidrometeorológicas y características del paisaje. Los resultados de esta tesis mostraron que la conductividad eléctrica podría usarse como una alternativa al oxígeno-18 como trazador para análisis de agua de evento y pre-evento, lo que aumenta en gran medida la resolución temporal de las concentraciones del trazador y al mismo tiempo reduce la incertidumbre del análisis de los modelos utilizados. Los resultados mostraron una gran similitud en una amplia gama de condiciones de flujo, lo que garantiza la coherencia de las fracciones estimadas: el 89 % de los eventos monitoreados mostraron diferencias inferiores al 20 % en la fracción de agua de pre-evento, independientemente de las condiciones antecedentes de humedad y lluvia. Esto fue posible debido a un comportamiento cuasi-conservativo de la conductividad eléctrica relacionado con la presencia de suelos riparios ricos en materia orgánica (tipo turba) superpuestos a un lecho de roca compacto a lo largo de la cuenca. Esto resalta el potencial de la conductividad eléctrica para obtener datos con alta frecuencia temporal y al mismo tiempo reducir los costos necesarios para implementar y mantener la recopilación de datos de trazadores durante largos períodos de tiempo. Además, los resultados de la comparación de modelos con diferentes complejidades también mostraron una gran similitud en sus estimaciones de las fracciones de agua de evento y pre-evento, siempre que se encuentren concentraciones apropiadas de agua del evento (Ce) y pre-evento (Cp) para el modelo más simple. De hecho, Cp demostró ser el factor más importante para que las estimaciones sean precisas, mientras que Ce tiene poca influencia en los resultados. Por lo tanto, la mejor manera de determinar Cp resultó ser asumiendo la concentración de una muestra de caudal tomada antes del comienzo de cada evento. Estos hallazgos permitirán reducir los recursos logísticos y económicos necesarios para evaluar adecuadamente la separación de flujo y llevar a cabo evaluaciones casi continuas con alta precisión en ecosistemas montanos altoandinos. Los resultados anteriores permitieron el análisis de varios factores espaciales y temporales que controlan las fracciones de agua de evento y pre-evento. Esto permitió obtener datos hidrometeorológicos y de trazadores de alta frecuencia de un gran número de eventos de lluvia y escorrentía (n=72). Las correlaciones mostraron que el principal factor temporal de control fue la cantidad de lluvia con una correlación positiva fuerte (es decir, r>0,7) y significativa (es decir, p<0,05) con la fracción de agua de evento, mientras que el tipo de suelo, la cubertura vegetal y la topografía fueron altamente correlacionados al considerar 3 Patricio Xavier Lazo Jara los factores espaciales. Estos resultados sugieren una mayor conectividad hidrológica del subsuelo poco profundo entre las laderas y los humedales de rivera, lo que conlleva un aumento de la fracción de agua de los eventos que muestran flujos máximos más altos al superar un umbral. En general, nuestros hallazgos sugieren que los datos de alta resolución temporal son extremadamente necesario para evaluar adecuadamente la separación de flujo de agua de evento y pre-evento, ya que ayuda a obtener una comprensión completa del comportamiento hidrológico de la cuenca a escala de evento que puede ayudar en la implementación de estudios con base científica y estrategias de gestión del agua que incluyen muchos procesos que a menudo se pasan por alto.en_US
dc.description.abstractThe results of this thesis showed that electrical conductivity could be used as an alternative to Oxygen-18 as a tracer for event and pre-event water flow partitioning analyses which highly increases the temporal resolution of tracer concentrations while reducing the uncertainty of the tracer-aided model. The results showed great similarity under a large range of flow conditions, reassuring the consistency of the estimated fractions with 89% of the monitored events showing differences lower than 20% in pre-event water fraction regardless of the antecedent moisture and rainfall conditions. The use of electrical conductivity was possible due to a quasi-conservative behavior related with the presence of organic-rich riparian soils (peat-type) overlying compact bedrock across the catchment. This highlights the potential of electrical conductivity to obtain high temporal frequency data while lowering the costs needed to implement and keep tracer data collection up for long time periods. In addition, results from the comparison of models with different complexities also showed great similarity in their estimations of the event and pre-event water fractions as long as appropriate concentrations of event (Ce) and pre-event (Cp) water for the simpler model are set. In fact, Cp showed to be the most important factor for improving accuracy while Ce had little influence on the results. Hence, the best way to determine Cp was the concentration of a streamflow sample taken before the beginning of each event. These findings will allow to reduce the logistical and economical resources needed to adequately assess hydrograph separation and to carry out quasi-continuous assessments of flow partitioning with high accuracy in high-Andean montane ecosystems. The previous results led to the analysis of several spatial and temporal factors controlling event and pre-event water fractions. This allowed us to obtain tracer and hydrometeorological high-frequency data from a large number of rainfall-runoff events (n=72). The correlations showed that the main temporal controlling factor was rainfall amount with a strong (i.e., r>0.7) and significant (i.e., p<0.05) positive correlation with the event water fraction, whereas, soil type, vegetation cover, and topography were highly correlated when considering the spatial factors. These results suggested an enhanced shallow subsurface hydrological connectivity between hillslopes and riparian wetlands which follow in an increase of event water fraction for events that show higher peak flows while a threshold is exceeded. Overall, our findings suggests that high temporal resolution data is extremely necessary to adequately assess event and pre-event water fraction flow partitioning as it helps to obtain a complete understanding of catchment hydrological behavior at scale event. This improved understanding could aid in the implementation of science-based water management strategies that includes many processes that are often overlooked.en_US
dc.description.uri0000-0001-5126-0687en_US
dc.description.uri0000-0002-0924-1172en_US
dc.description.uri0000-0001-5064-7118en_US
dc.formatapplication/pdfen_US
dc.format.extent126 páginasen_US
dc.language.isoengen_US
dc.publisherUniversidad de Cuencaen_US
dc.relation.ispartofTPHD;26-
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectIngeniería Civilen_US
dc.subjectHumedalesen_US
dc.subjectProcesos hidrológicosen_US
dc.subjectPáramosen_US
dc.subject.otherClasificación de la Investigación::Ciencias de la Tierra::Hidrología::Aguas subterráneasen_US
dc.titleEvaluating electrical conductivity as a surrogate tracer to determine the factors controlling event and pre-event water flow partitioning at a tropical montane Andean ecosystemen_US
dc.typesubmittedVersionen_US
dc.contributor.tutorSegura, Catalina-
dcterms.descriptionDoctor (PhD) en Recursos Hídricosen_US
dcterms.spatialCuenca, Ecuadoren_US
dc.rights.accessRightsopenAccessen_US
Appears in Collections:Tesis Doctoral/PHD

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Trabajo-de-Titulación-PhD.pdf6.08 MBAdobe PDFView/Open
Trabajo-de-Titulación-PhD.pdf
  Until 2101-01-01
5.3 MBAdobe PDFView/Open Request a copy


This item is protected by original copyright



This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons

 

Centro de Documentacion Regional "Juan Bautista Vázquez"

Biblioteca Campus Central Biblioteca Campus Salud Biblioteca Campus Yanuncay
Av. 12 de Abril y Calle Agustín Cueva, Telf: 4051000 Ext. 1311, 1312, 1313, 1314. Horario de atención: Lunes-Viernes: 07H00-21H00. Sábados: 08H00-12H00 Av. El Paraíso 3-52, detrás del Hospital Regional "Vicente Corral Moscoso", Telf: 4051000 Ext. 3144. Horario de atención: Lunes-Viernes: 07H00-19H00 Av. 12 de Octubre y Diego de Tapia, antiguo Colegio Orientalista, Telf: 4051000 Ext. 3535 2810706 Ext. 116. Horario de atención: Lunes-Viernes: 07H30-19H00