Análisis de frecuencia no estacionario como una herramienta para la verificación del diseño de obras hidráulicas bajo un escenario climático cambiante

Abstract

En Chile, el diseño de las obras hidráulicas se basa en el supuesto de que las variables hidrológicas son estacionarias, es decir, se mantienen constantes a lo largo del tiempo. Sin embargo, diversos estudios han cuestionado esta premisa, señalando que la estacionariedad es dudosa debido, principalmente, al cambio climático y a la variabilidad climática de baja frecuencia. Por ello, se ha realizado un análisis de frecuencia no estacionario de las series anuales de caudales máximos diarios en seis casos de estudio, abarcando desde Arica hasta Punta Arenas. Para llevar a cabo este análisis no estacionario, se emplearon modelos aditivos generalizados para ubicación, escala y forma (GAMLSS, por sus siglas en inglés). Estos modelos proporcionan un marco adaptable para condiciones de no estacionariedad, permitiendo capturar relaciones complejas entre predictores (como variables climáticas locales o índices climáticos de gran escala) y la respuesta observada. Además, se realizó un análisis estacionario de las series anuales de caudales máximos, ajustando distribuciones de probabilidad como Pearson 3, Gamma, Log-Normal y Gumbel. Estos resultados se compararon con los modelos no estacionarios mediante el método de Nivel de Vida del Diseño (Design Life Level, DLL). Este método iterativo consiste en igualar los riesgos de ambos enfoques, obteniendo magnitudes de diseño no estacionarias asociadas a distintos periodos de retorno(...). In Chile, the design of hydraulic structures considers hydrological variables to be stationary, meaning they remain constant over time. However, various studies question this premise, indicating that stationarity is dubious due to climate change and low-frequency climate variability. Therefore, a non-stationary frequency analysis of the annual series of daily maximum flows is conducted for six case studies, ranging from Arica to Punta Arenas. To perform this non-stationary analysis, Generalized Additive Models for Location, Scale, and Shape (GAMLSS) are used. These models provide a flexible framework for non-stationary conditions, allowing the capture of complex relationships between predictors (such as local climatic variables or large-scale climate indices) and the observed response. In addition, a stationary analysis of the annual series of maximum flows is conducted by fitting probability distributions such as Pearson 3, Gamma, Log-Normal, and Gumbel. These results are compared with the non-stationary models using the Design Life Level (DLL) method. This iterative method involves equalizing the risks of both approaches, obtaining non-stationary design magnitudes associated with different return periods(...).