Browsing by Author "Bonilla Meléndez, Carlos Alberto"

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    A model for simulating the performance and irrigation of green stormwater facilities at residential scales in semiarid and Mediterranean regions
    (2017) Herrera, J.; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Castro, L.; Vera Araya, Sergio Eduardo; Reyes, R.; Gironás León, Jorge Alfredo; CEDEUS (Chile)
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    A new method for sensing soil water content in green roofs using plant microbial fuel cells
    (2018) Tapia, N. F.; Rojas, C.; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Vargas, I. T.; CEDEUS (Chile)
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    A numerical model for linking soil organic matter decay and wildfire severity
    (2021) Aedo Quililongo, Sebastián Alejandro; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; CEDEUS (Chile)
    Wildfires are a critical phenomenon in terrestrial ecosystems, and the intensity and frequency of these events have increased in recent years. High temperatures in the topsoil during wildfires can induce changes in soil physical, chemical, and biological properties due to the loss of soil organic matter (SOM). Therefore, the main objective of this study was to develop a numerical model to predict SOM decay during wildfire events. The model identifies the main parameters controlling SOM decay and predicts its decline by coupling the energy balance for soil heating and species conservation for water and SOM using high temperature-induced vaporization and combustion kinetics. Fluid flow was not included; however, the radiative energy conducted through soil pores was incorporated as a volumetric pore radius function. When the radiative term in the thermal conductivity was not considered, the model predicted the soil thermal evolution with a determination coefficient r(2) > 0.91 and with an r(2) > 0.98 when the volumetric pore radius was adjusted. The main parameters controlling SOM decay were soil texture, oxygen availability, and initial soil water and SOM contents. SOM decay was also dependent on the wildfire temperature and exposure time. In terms of soil texture, SOM decay increases as sand increases or clay reduces. The main results showed that the soil water content controlled the amount of heat consumed during vaporization, the normalized SOM decay does not depend on the initial SOM content, and the restricted oxidation limited SOM decay. Finally, this study reduces the number of parameters when studying SOM decay and second-order fire effects for post-fire assessment and restoration. Also, because it provides a better understanding of how wildfires affect SOM, implemented as an additional routine, the model can enhance other existing computer models for describing ecological processes.
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    A simple model for estimating changes in rainfall erosivity caused by variations in rainfall patterns
    (2018) Lobo, Gabriel P.; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; CEDEUS (Chile)
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    Active and legacy mining in an arid urban environment : challenges and perspectives for Copiapó, Northern Chile
    (Springer, 2016) Carkovic Aguilera, Athena Belen; Calcagni García, Magdalena Sol; Vega Contreras, Alejandra Soledad; Coquery, Marina; Moya Arias, Pablo Manuel; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pastén González, Pablo Arturo; CEDEUS (Chile)
    Urban expansion in areas of active and legacy mining imposes a sustainability challenge, especially in arid environments where cities compete for resources with agriculture and industry. The city of Copiapó, with 150,000 inhabitants in the Atacama Desert, reflects this challenge. More than 30 abandoned tailings from legacy mining are scattered throughout its urban and peri-urban area, which include an active copper smelter. Despite the public concern generated by the mining-related pollution, no geochemical information is currently available for Copiapó, particularly for metal concentration in environmental solid phases. A geochemical screening of soils (n = 42), street dusts (n = 71) and tailings (n = 68) was conducted in November 2014 and April 2015. Organic matter, pH and elemental composition measurements were taken. Notably, copper in soils (60–2120 mg/kg) and street dusts (110–10,200 mg/kg) consistently exceeded international guidelines for residential and industrial use, while a lower proportion of samples exceeded international guidelines for arsenic, zinc and lead. Metal enrichment occurred in residential, industrial and agricultural areas near tailings and the copper smelter. This first screening of metal contamination sets the basis for future risk assessments toward defining knowledge-based policies and urban planning. Challenges include developing: (1) adequate intervention guideline values; (2) appropriate geochemical background levels for key metals; (3) urban planning that considers contaminated areas; (4) cost-effective control strategies for abandoned tailings in water-scarce areas; and (5) scenarios and technologies for tailings reprocessing. Assessing urban geochemical risks is a critical endeavor for areas where extreme events triggered by climate change are likely, as the mud flooding that impacted Copiapó in late March 2015.
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    Análisis y modelación del efecto del fuego en la estabilidad de los agregados del suelo
    (2023) García Ramos, Susan Alicia; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Los incendios forestales están alterando muchos de los ecosistemas del mundo y poniendo en riesgo la salud del suelo. La cantidad de agregados estables en agua (WSA, water-stable aggregates) es una de las principales propiedades que define la estructura y las funciones del suelo. Sin embargo, el fuego altera la WSA de manera distinta y compleja. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación fue comprender y estimar el efecto del fuego sobre la WSA. Para ello se analizó y construyó una base de datos a partir de 16 estudios previos, que contenían datos de las propiedades básicas del suelo antes de la quema, la temperatura máxima alcanzada en el suelo y la WSA después de la quema. Utilizando dicha base de datos se desarrollaron tres modelos de aprendizaje automático: la red neuronal de una sola capa o modelo de perceptrón multicapa (MLP), el árbol de decisión (DT), y el bosque aleatorio (RF); para estimar la WSA después de la quema. Los resultados muestran que el cambio en la WSA después de la quema versus la temperatura alcanzada en el suelo, presentan correlaciones positivas en suelos arcillo limosos, suelos con contenido de materia orgánica (MO) < 4%, y suelos con pH ≥6. Correlaciones negativas en suelos areno francosos y franco arcillosos, y en otros casos no se encontraron tendencias. Además, el modelo RF presentó la mejor capacidad predictiva de la WSA después de la quema, clasificándose como un buen modelo con un R2 de 0,83, RMSE de 14,9, y MAE de 12,1 para el conjunto de validación. DT obtuvo un buen rendimiento con un R2 de 0,80, RMSE de 15,1, y MAE de 10,5, y MLP mostró una capacidad de predicción aceptable con un R2 de 0,66. Adicionalmente, a partir de la interpretación de los modelos se pudo determinar que la WSA inicial (pre- quema), el pH, la MO, y la temperatura que alcanzó el suelo son los factores más influyentes en la estimación de la WSA después de la quema. Los modelos generados son los primeros modelos para estimar la WSA después de un incendio, y pueden acoplarse a modelos existentes de hidrología de suelo o erosión de suelos, ayudar a determinar el impacto de los incendios sobre el suelo y a partir de ello, plantear estrategias de recuperación y manejo de suelos.
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    Assessment and modelling of organic carbon dynamic in soils of Chile
    (2019) Ramírez Cisterna, Paulina; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La comprensión y predicción de los cambios en el contenido del carbono orgánico del suelo (SOC) es fundamental para desarrollar estrategias que aseguren una mitigación efectiva del cambio climático y la productividad agrícola a largo plazo. Los cambios en el SOC pueden variar según las diferentes condiciones del suelo y del clima, sin embargo, esto sigue siendo un área activa de investigación, ya que el contenido de SOC no siempre responde de manera predecible, debido a su dependencia de las propiedades específicas de cada ecosistema. En esta tesis, evaluamos los cambios espaciales y temporales de SOC a lo largo de diferentes condiciones climáticas, tipos y usos de suelo. Además, estudiamos las propiedades químicas, físicas y microbiológicas asociadas con la dinámica de SOC en Chile. En este trabajo buscamos encontrar evidencia de los cambios de SOC en suelos cultivables en las últimas tres o cuatro décadas y comprender los principales factores involucrados para el futuro mejoramiento o desarrollo de herramientas de simulación de la dinámica de SOC. Las muestras de suelo se analizaron en relación al contenido total de C, N, estabilidad de agregados, textura, densidad aparente, pH, fracción lábil, atributos microbianos y propiedades espectrales. Nuestros hallazgos muestran que las mayores pérdidas de SOC se produjeron en áreas semiáridas y subhúmedas durante el marco de tiempo considerado, disminuyendo sus reservas iniciales de C en un 24,2% y un 26,7%, respectivamente, lo que es consistente con el mayor contenido de fracción lábil encontrados en estas áreas. Los resultados también indican que en las regiones más frías y más húmedas, los contenidos de SOC se mantuvieron estables o aumentaron con el tiempo. Entre los tipos de suelos, los Mollisoles mostraron las mayores pérdidas (29.9% de reducción entre las fechas de muestreo). Los resultados de espectroscopía indicaron que las bandas de minerales para arcillas y silicatos se asociaron con los sitios que muestran mayor almacenamiento de SOC, lo que sugiere que la protección mineral desempeñó un papel importante en la acumulación de SOC a largo plazo en áreas semiáridas. Los regímenes climáticos desempeñaron un papel importante en la estructura de la comunidad microbiana. La composición de la comunidad fue controlada en gran medida mediante las fracciones lábiles, en las que miembros de los phyla Bacteroidetes, Proteobacteria y Archaea se asociaron con una menor disponibilidad de agua y menores contenidos de SOC. El modelo RothC, el cual es ampliamente utilizado, fue una herramienta efectiva para reproducir la dinámica y las tendencias históricas de los contenidos de SOC en sitios con cultivo anuales (trigo y maíz), sin embargo, el modelo se desempeñó bien bajo ciertas condiciones climáticas y de tipo de suelo en Chile. Dadas las limitaciones del modelo, proponemos que los modelos matemáticos se pueden desarrollar teniendo en cuenta los atributos microbianos y el mecanismo de protección de SOC específico del sitio. Esta tesis analiza el papel de las propiedades de los ecosistemas como un factor limitante en las pérdidas de carbono, examina el impulsor más importante de la dinámica de SOC en Chile y evalúa el uso de un modelo del carbono orgánico para abordar la restauración y adaptación a las tendencias futuras en el contexto del cambio global.
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    Boron accumulation in Puccinellia frigida, an extremely tolerant and promising species for boron phytoremediation
    (2015) Rámila, C.; Leiva, E.; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pastén González, Pablo Arturo; Pizarro Puccio, Gonzalo E.; CEDEUS (Chile)
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    Boron stress response and accumulation potential of the extremely tolerant species Puccinellia frigida
    (2016) Rámila, C.; Contreras E., Samuel; Di Domenico, C.; Molina Montenegro, M.; Vega, A.; Handford, M.; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pizarro Puccio, Gonzalo E.
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    Ciudad y territorio: protección del agua
    (Centro de Desarrollo Urbano Sustentable, 2022) Pastén González, Pablo Arturo; Gironás León, Jorge Alfredo; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Cortés Arancibia, Sandra; Molinos Senante, María; Precht Rorris, Alejandra; Reyes Paecke, Sonia; Rivera, Javier; Vargas Cucurella, Ignacio Tomás; Vega Contreras, Alejandra Soledad; Vicuña Díaz, Sebastián; CEDEUS (Chile)
    Las ciudades necesitan de recursos críticos como agua, suelo, energía, materiales y alimentos. Tienen una capacidad única de impactar y ser impactadas por las características geomorfológicas y culturales de los territorios donde se emplazan, donde ecosistemas coexisten con actividades humanas como minería, pesca y agricultura. Asegurar la sustentabilidad de la ciudad y del territorio en su conjunto impone un desafío formidable a distintos niveles por la complejidad de las relaciones e interacciones que ocurren.El siguiente documento preparado por investigadores del Centro de Desarrollo Urbano Sustentable y otros colaboradores, entrega antecedentes relevantes respecto del agua como un elemento crítico para la sustentabilidad de las ciudades, con el objetivo de que sirva de un marco para la discusión constitucional sobre protección de recursos críticos para las ciudades y territorios. Además, puede servir de insumo para también ser consultado por la ciudadanía y sus organizaciones.
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    Daily Freeze-Thaw Cycles Affect the Transport of Metals in Streams Affected by Acid Drainage
    (2016) Guerra, P.; Simonson, K.; González, C.; Gironás León, Jorge Alfredo; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Pizarro Puccio, Gonzalo E.; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pastén González, Pablo Arturo; CEDEUS (Chile)
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    Decálogo para la sustentabilidad urbana: propuestas de política pública desde la investigación 2013-2023
    (Centro de Desarrollo Urbano Sustentable, 2024) Bustamante Gómez, Waldo; Fuentes Arce, Luis; Gironás León, Jorge Alfredo; Pastén González, Pablo Arturo; Rojas Quezada, Carolina Alejandra; Alvarez Vandeputte, Martín; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Coo, Sofía; Cortés, Sandra; Encinas Pino, Felipe; Hernández González, Manuel; CEDEUS (Chile)
    Aunque los patrones de desarrollo de las ciudades son uno de los principales responsables de las emisiones de gases de efecto invernadero, el consumo de recursos y la generación de desechos, las ciudades son la mayor clave para enfrentar los desafíos de la sostenibilidad. Solo las ciudades tienen la capacidad de modificar en forma masiva las actuales tendencias, pues los cambios no dependen de la voluntad o conciencia individual, sino del impacto colectivo de la implementación de políticas públicas sostenibles en transporte, vivienda, edificaciones energética – mente eficientes, energía renovable, gestión de residuos, infraestructuras verdes y regeneración urbana.
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    Desarrollo de un modelo de red neuronal para estimar la tasa de enriquecimiento del sedimento en eventos de erosión hídrica
    (2016) Venegas Quiñones, Héctor Leopoldo; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La tasa de enriquecimiento, entendida como la relación entre la concentración de un elemento en el sedimento luego de ocurrido un evento de erosión hídrica y su concentración en la matriz del suelo, es un parámetro comúnmente utilizado para modelar el movimiento y destino de los agroquímicos. La medición de la tasa de enriquecimiento, especialmente de superficie específica, es un proceso complejo y requiere medir el tamaño y distribución de las partículas, tanto en el material erodado como en la matriz del suelo. Debido a ello el objetivo de este trabajo fue desarrollar un modelo de red neuronal para estimar la tasa de enriquecimiento y compararlo con el método actualmente más utilizado en base a datos experimentales medidos en estudios previos. Para el desarrollo de la red neuronal se utilizó el Neural Network Toolbox de MATLAB y los resultados de mediciones realizadas en seis estudios previos. La red así construida utiliza ocho variables que responden a las características de suelo, clima y topografía de la superficie del suelo. El modelo de red neuronal permitió obtener un alto nivel de precisión en las estimaciones (r2=0,99 y coeficiente N-S=0,99). Evaluada su eficiencia en relación a las mediciones de cada estudio previo por separado, los resultados muestran estimaciones con valores de r2=0,65-1,00 y N-S=0,56-1,00 para aquellos estudios que presentan 3 o más datos. Así, el modelo de red neuronal probó ser un método adecuado para estimar la tasa de enriquecimiento de superficie específica en eventos de este tipo. Finalmente, y dado que es una de las alternativas más utilizadas, se compararon las estimaciones del modelo de red con las estimaciones de enriquecimiento obtenidas con la ecuación de Menzel (1980) en 54 eventos. Los resultados indican que la ecuación de Menzel muestra una reducida capacidad predictiva (r2=0,10 y N-S<-9,25). En este trabajo se describe la elaboración y validación de la red, y se entrega la información necesaria para su implementación en otros modelos de simulación de sedimentos y de transporte de contaminantes.
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    Differential arsenic binding in the sediments of two sites in Chile's lower Loa River basin
    (2014) Bugueño, M.; Acevedo, S.; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pizarro Puccio, Gonzalo E.; Pastén González, Pablo Arturo; CEDEUS (Chile)
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    Distribución espacial y temporal de la precipitación y la humedad del suelo en tres sitios forestales de la VIII Región de Chile.
    (2002) Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Bonomelli de Pinaga, Claudia María; Urrutia, Gonzalo
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    Efecto de la discretización de la cuenca y modelo digital de elevaciones en la estimación de la erosión hídrica en cuencas de gran tamaño
    (2013) González Valderrama, Virginia Isabel; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El empleo de modelos de erosión hídrica acoplados a Sistemas de Información Geográfica (SIG) ha facilitado el análisis a escala de cuenca. Modelos como la interfaz geo-espacial del Proyecto de Predicción de Erosión Hídrica (GeoWEPP) son capaces de determinar la erosión, distribuida espacial y temporalmente. Para ello requieren una discretización, con el fin de identificar las laderas y canales que conforman la cuenca. GeoWEPP incorpora el modelo de Parametrización Topográfica (TOPAZ) que extrae esta información a partir de Modelos Digitales de Elevación (MDE). Al analizar las estimaciones de erosión en cuencas pequeñas, estudios previos han demostrado que estos se ven afectados por las características de las laderas y la distribución de los canales. En cuencas de gran tamaño, los efectos sobre las estimaciones de la erosión no se han probado hasta el momento. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de la discretización sobre las estimaciones de erosión utilizando GeoWEPP.
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    Effect of substrate depth and roof layers on green roof temperature and water requirements in a semi-arid climate
    (2016) Reyes, R.; Bustamante Gómez, Waldo; Gironás León, Jorge Alfredo; Pastén González, Pablo Arturo; Rojas, V.; Suárez Poch, Francisco Ignacio; Vera Araya, Sergio Eduardo; Victorero Castaño, Felipe Andrés; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; CEDEUS (Chile)