Dinámica de caudales de superficie en ríos perennes de la Patagonia Austral Continental
Tesis para optar al grado de Maestría en Ingeniería Ambiental de la Universidad Tecnológica Nacional, Diciembre 2025.
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Universidad Tecnológica Nacional
2026
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| spelling | INTA250062026-01-20T13:19:15Z Dinámica de caudales de superficie en ríos perennes de la Patagonia Austral Continental Monserrat, María Cecilia Diaz, Boris Gaston Hidrología Recurso hídrico Cambio climático Caudal de la Corriente de Agua Sostenibilidad Conservación de los recursos Ordenación de Recursos Planificación Regional Base de Datos Chile Argentina Santa Cruz Hydrology Water resource Climate change Stream Flow Sustainability Resource conservation Resource Management Regional Planning Database Hidrología Superficial Regímenes de Alimentación Año Hidrológico Aprovechamiento Sustentable Hidrograma Región Patagónica Surface Hydrology Dietary Regimens Hydrological Year Sustainable Use Hydrograph Patagonian Region Tesis para optar al grado de Maestría en Ingeniería Ambiental de la Universidad Tecnológica Nacional, Diciembre 2025. La creciente preocupación social por la accesibilidad al agua a escala mundial, intensificada por el aumento de la demanda, el uso ineficiente y el impacto negativo del cambio climático sobre la oferta natural de caudales, entre otros factores, representan una importante presión durante la planificación para garantizar un aprovechamiento sustentable en equilibrio con la conservación de los recursos hídricos. Este escenario adquiere particular relevancia en la Patagonia Austral Continental, región que pese a contar con registros hidrométricos históricos desde mediados del siglo XX, presenta importantes vacíos de conocimiento para asegurar una gestión integrada efectiva. La presente investigación abordó el estudio de la dinámica natural de los caudales en los principales ríos perennes de importancia estratégica para Argentina y Chile, con el objetivo fundamental de generar insumos técnicos para la planificación hídrica regional, de interés en la provincia de Santa Cruz. En esta Tesis, se analizó la dinámica natural de caudales en ríos perennes de importancia estratégica regional, con cuatro objetivos específicos: (1) construir una base de datos confiable y documentada, (2) identificar tendencias recientes en producción hídrica, (3) caracterizar los regímenes de alimentación fluvial predominantes, y (4) proponer años hidrológicos regionales. El desarrollo metodológico se basó en la construcción de una base de datos (BD) de registros de caudales (Q) mensuales del período 2014-2023, de 32 estaciones hidrométricas ubicadas en 26 ríos perennes, pertenecientes a 6 regiones hidrográficas nacionales y transfronterizas, cubriendo una superficie total de 134.000,9 km² en la Patagonia Austral Continental de Argentina y Chile. Éstas son: RH14 (Río Chico Central), RH13 (Río Gallegos), RH11 (Río Serrano), RH09 (Río Santa Cruz), RH08 (Lago San Martín) y RH05 (Lago Buenos Aires). Un aspecto innovador del trabajo consistió en el proceso de naturalización de los caudales (QNR), mediante la reconstitución sistemática de las extracciones consuntivas aguas arriba de cada estación. La serie temporal, si bien breve (10 años), aseguró así un período común a una amplia base de secciones hidrométricas y ríos, asegurando coetaneidad de datos y permitiendo la comparabilidad de los diferentes análisis propuestos. La BD se sometió a un análisis exploratorio de datos (AED) mediante técnicas estadísticas robustas para la detección de valores anómalos, a través de la Desviación Absoluta de la Mediana (MAD); la comprobación de supuestos estadísticos como la normalidad mediante pruebas de Shapiro–Wilk e indicadores de asimetría y curtosis; un análisis de independencia mediante la Función de Autocorrelación (FAC); un análisis de homogeneidad y consistencia mediante las pruebas de Levene y “U” de Mann-Whitney, respectivamente; y, finalmente, un análisis estacionariedad y tendencia de las series mediante las pruebas no paramétricas de Dickey Fuller (DF) y Elliot-Rothenberg-Stock (ERS) en el primer caso, y Mann-Kendall (MK), en el segundo. Se ensayó una clasificación de regímenes de alimentación basada en la técnica no paramétrica de clusterización mediante Distancia Euclídea, a partir de los QNR mensuales estandarizados en la forma de coeficientes de descarga. Los diferentes tipos y regímenes detectados se interpretaron a partir de los conglomerados de ríos y secciones resultantes de 3 niveles de clusterización propuestos en diferentes distancias cofenéticas. Estas interpretaciones se realizaron a partir de descripciones disponibles en literatura especializada. Finalmente, se determinó el inicio del año hidrológico (AH) de cada río y, por extensión de cada región hidrográfica, mediante la identificación del primer mes de inicio de la curva de crecimiento del hidrograma anual, complementado con un análisis de variabilidad de caudales mensuales mediante la prueba de Kruskal-Wallis. Los resultados revelaron patrones hidrológicos diferenciados en la región. Las extracciones consuntivas alcanzaron en conjunto el 13,9% del caudal naturalizado total, mostrando una marcada heterogeneidad espacial. Las regiones hidrográficas del Río Gallegos (RH13) y Río Chico Central (RH14) concentraron las mayores presiones extractivas, con valores del 51,8% y 42,1% respectivamente, mientras que en las demás regiones las tasas oscilaron entre 0,6% y 5,3%. El análisis de regímenes fluviales permitió identificar dos patrones predominantes: un régimen nival simple con máximos del hidrograma entre agosto y noviembre, asociado a cuencas de altitudes medias (305 a 1.325 m.s.n.g.), y un régimen glacial simple con máximos estivales (diciembre a marzo), característico de áreas próximas a los Campos de Hielo y mayor altitud media. Todos ellos pudieron explicarse satisfactoriamente a partir de atributos característicos de las diferentes cuencas que dan origen a estos ríos, como la altitud media, la ubicación geográfica, el clima anual y estacional medio, y la cobertura glaciar, entre otros aspectos. Se detectaron, además, diversos subregímenes mixtos producto de la combinación, más temprana o tardía en el año, de ambas fuentes de alimentación, aunque no se identificaron regímenes pluviales o subterráneos claramente predominantes. Sin embargo, la primera mencionada permitió explicar picos máximos secundarios en el hidrograma anual de varios ríos de régimen mixto o complejo. La determinación del año hidrológico mostró una interesante variabilidad espacial. Mientras los ríos de régimen predominantemente glacial presentaron inicios entre octubre y noviembre, los de carácter nival comenzaron típicamente entre agosto y septiembre. La región del Río Gallegos (RH13) constituyó una excepción notable, con inicio en febrero. Se detectó también, una importante variabilidad interanual con oscilaciones frecuentes entre 1-2 meses en las respectivas fechas de inicio, y hasta 4 meses de retraso en algunos casos excepcionales, probablemente como consecuencia de una variabilidad climática que aún debe investigarse en profundidad, en la región. Estos hallazgos tienen implicancias directas para la gestión operativa de los recursos hídricos, particularmente en lo referido a la planificación de usos consuntivos y la evaluación de disponibilidades estacionales.Entre las principales contribuciones de este trabajo de Tesis destaca el desarrollo de una base de datos estandarizada de caudales naturalizados que servirá como referencia para futuros estudios hidrológicos en la región Patagónica Austral Continental, en especial para la provincia de Santa Cruz. Asimismo, la identificación de tendencias decrecientes en la producción hídrica, particularmente en ciertas subregiones, y la presión extractiva consuntiva detectados, alertan sobre potenciales riesgos para la seguridad hídrica futura. La clasificación jerárquica de regímenes fluviales y el protocolo desarrollado para la determinación adaptativa del año hidrológico constituyen herramientas valiosas para la planificación hídrica regional adaptativa y la toma de decisiones en un contexto de creciente variabilidad y cambio climático, especialmente en algunos ríos y regiones hidrográficas identificadas como más vulnerables. A partir del estudio se reconocen, sin embargo, ciertas limitaciones, particularmente en lo referido a la cuantificación precisa de aportes subterráneos y pluviales, aspectos que permiten sugerir líneas futuras de investigación. Los resultados obtenidos proporcionan no obstante un marco técnico sólido para avanzar hacia una gestión adaptativa de los recursos hídricos en la Patagonia Austral, ante los actuales escenarios de cambio global. The increasing global concern over water accessibility, intensified by rising demand, inefficient usage, and climate change negative impacts on natural streamflow regimes, represents a critical challenge for sustainable water resource management. This scenario holds particular relevance in Southern Continental Patagonia, a region that, despite maintaining hydrometric records since the mid-20th century, faces significant knowledge gaps hindering effective integrated water governance. The present research examines the natural flow dynamics of strategically important perennial rivers spanning Argentina and Chile, with the main objective of generating technical foundations for regional water planning, particularly in Santa Cruz Province. This Thesis study pursued four specific aims: (1) developing a rigorously documented hydrological database; (2) detecting recent trends in water yield; (3) characterizing dominant fluvial source regimes; and (4) establishing regional hydrological year (water year) frameworks. The methodological approach centered on constructing a monthly streamflow database (2014-2023) comprising 32 gauging stations across 26 perennial rivers within six hydrological regions, covering a total area of 134,000.9 km²), including both national and transboundary systems. These basins are: RH14 (Chico Central River), RH13 (Gallegos River), RH11 (Serrano River), RH09 (Santa Cruz River), RH08 (San Martín Lake) and RH05 (Buenos Aires Lake). A key innovation involved the systematic naturalization of streamflow records through quantitative reconstruction of upstream consumptive uses, enabling isolation of anthropogenic influences. While the decadal timeframe presents limitations for robust statistical inference, it provides essential temporal congruence across the extensive monitoring network. Comprehensive statistical analyses were implemented, beginning with exploratory diagnostics using Median Absolute Deviation (MAD) for outlier detection, followed by distributional assessments via Shapiro-Wilk normality testing with complementary skewness and kurtosis metrics. Temporal dependencies were evaluated through autocorrelation function (ACF) analysis, while homogeneity (Levene's test) and consistency (Mann-Whitney U) verification ensured dataset reliability. Stationarity was rigorously examined using Dickey-Fuller and Elliott-Rothenberg-Stock tests, with trend detection performed through non-parametric Mann-Kendall analysis. Fluvial regime classification employed Euclidean distance clustering of standardized monthly discharge coefficients, interpreted through cophenetic distance thresholds across three hierarchical levels and described from proposals in specific literature. Hydrological Year (Water Year) initiation was determined via hydrographic curve analysis identifying annual flow acceleration phases, validated through Kruskal-Wallis monthly variability testing. Results revealed pronounced spatial heterogeneity in water resource pressures, with consumptive uses appropriating 13.9% of naturalized flows basin wide. The Gallegos River (RH13) and Chico Central River (RH14) basins exhibited extreme extraction intensities at 51.8% and 42.1% respectively, contrasting with modest impacts (0.6-5.3%) in other regions. Fluvial regime analysis identified two dominant patterns: nival regimes showing August to November peaks in moderate elevation catchments (305-1,325 m.a.g.l.), and glacial regimes showing December to March, in areas close to Southern Patagonia Ice Fields and higher lands. Transitional and mixed sub-regimes emerged from hierarchical clustering, though pluvial and groundwater-dominated regimes remained statistically indistinct. Among other aspects, these regimes could be satisfactorily explained by characteristic attributes of the different basins that give rise to these rivers, such as average altitude, geographic location, average annual and seasonal climate, and glacial cover. Hydrological year commencement displayed marked spatial variability, with nival rivers initiating between August and September, glacial regimes between October and November, and the exceptional Gallegos basin in February. Significant interannual variability (1-to-2-month fluctuations, extending to 4-month delays in extreme cases) suggests climate-mediated influences requiring further investigation. These findings have direct implications for the operational management of water resources, particularly regarding planning for consumptive uses and assessing seasonal availability. This research makes four seminal contributions: (1) creation of a standardized naturalized flow database for Southern Continental Patagonian hydrological studies, specially for the Santa Cruz province; (2) identification of negative trends in water production, particularly in certain subregions, and the consumptive extractive pressure that warn of potential risks to future water security; (3) development of a hierarchical fluvial regime classification framework; and (3) establishment of an adaptive hydrological year determination protocol. While limitations persist in quantifying pluvial and groundwater contributions, the study provides critical foundations for adaptive water management in Southern Continental Patagonia under climate change scenarios, particularly for vulnerable sub-regions exhibiting declining water yields and intensive consumptive use. The technical frameworks developed enable evidence-based water governance addressing the region's unique hydroclimatic challenges. EEA Santa Cruz Fil: Monserrat, María Cecilia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Santa Cruz; Argentina 2026-01-20T13:09:26Z 2026-01-20T13:09:26Z 2025-12 info:ar-repo/semantics/tesis de maestría info:eu-repo/semantics/masterThesis info:eu-repo/semantics/acceptedVersion http://hdl.handle.net/20.500.12123/25006 spa info:eu-repo/semantics/openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) application/pdf Universidad Tecnológica Nacional |
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