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Análisis económico y social para la gestión de ecosistemas hídricos en la demarcación hidrográfica del Segura.
(2013-11-18) Perni Llorente, Ángel; Martínez-Carrasco Pleite, Federico; Martínez Paz, José Miguel; Facultad de Biología
El agua es un recurso natural, a menudo escaso en cantidad y calidad, susceptible de ser analizado desde una perspectiva económica. El valor económico total del agua tiene su origen en los distintos servicios ambientales que proveen los ecosistemas hídricos, los cuáles tiene la capacidad de producir bienestar de forma activa y pasiva. A pesar del interés social en preservar y proteger estos servicios ambientales, las presiones e impactos generados por la actividad humana ha deteriorado el estado de los ecosistemas hídricos. Para hacer frente a esta situación, en la Unión Europea han sido desarrolladas diferentes normativas, de las cuáles la más ambiciosa de todas es la Directiva Marco del Agua (DMA). El objetivo de la DMA es alcanzar el buen estado ecológico de las aguas europeas en el año 2015. Sin duda, una de sus contribuciones más relevantes para la política de aguas es el papel dado al Análisis Económico. Aunque dicho papel está claramente establecido, todavía existen aspectos que necesitan ser desarrollados de una manera más operativa: (i) la estimación de costes ambientales y del recurso y de los beneficios ambientales resultantes del buen estado ecológico, (ii) la selección de medidas coste-efectivas para conseguir los objetivos de la DMA, y (iii) la evaluación de la proporcionalidad de los costes de los Programas de Medidas. El objetivo general de esta Tesis Doctoral es contribuir al desarrollo y perfeccionamiento de métodos de Análisis Económico para la implementación de la DMA. Esta investigación parte de la hipótesis de que existe una demanda social de servicios ambientales producidos por los ecosistemas hídricos que debe ser internalizada en la evaluación de políticas, planes, programas y proyectos de conservación y mejora del estado ecológico de las masas de agua. Así, las decisiones que se tomen a este respecto disfrutarán de una mayor aceptación social cuanto más se ajusten a las preferencias de los diferentes agentes implicados. Esta hipótesis es contrastada mediante la aplicación de métodos y técnicas de Análisis Económico para el caso de la Demarcación Hidrográfica del Segura. Con este propósito, esta investigación se desarrolla a través de dos etapas sucesivas y complementarias que se corresponden con dos momentos clave de la Directiva Marco del Agua. La primera etapa consiste en valorar en términos monetarios cambios en el estado ecológico de las masas de agua, con el fin de estimar los beneficios o costes ambientales de dichos cambios, así como costes del recurso. En el primer caso de estudio, se estima el valor económico total de las aguas del acuífero del Gavilán. El Método de la Función de Producción es utilizado para calcular el valor de esta agua subterránea en su uso en regadío, y el Método de la Valoración Contingente es aplicado para estimar el valor de los servicios de recreo y de soporte del ecosistema. En el segundo caso de estudio, se ha simulado un mercado hipotético a través de un Modelo de Elección (Ranking Contingente) para el caso del río Segura. Así, este método ha sido utilizado para la valoración económica de los beneficios ambientales de la mejora de la calidad del agua del río y para conocer las preferencias sociales acerca de las actuaciones de recuperación ambiental que en él se están ejecutando. El último escenario de valoración económica tiene como objetivo valorar los beneficios ambientales de la mejora de la calidad del agua en el Mar Menor mediante el Método de la Valoración Contingente. La segunda etapa metodológica de esta investigación consiste en la evaluación de Programas de Medidas. Este trabajo propone un enfoque novedoso para seleccionar medidas coste-efectivas que combina, en un procedimiento de dos etapas, Análisis Coste-Eficacia y la participación activa de stakeholders, basado en caso del Mar Menor. Primero, se llevan a cabo entrevistas personales para involucrar activamente a los stakeholders. En esta etapa, la eficacia y el impacto relativo de un conjunto de medidas son evaluados mediante la técnica de la Comparación por Parejas. En segundo lugar, la eficacia relativa de cada medida es comparada con sus costes para analizar su coste-efectividad. Finalmente, el Programa de Medidas propuesto para el Mar Menor es evaluado utilizando diferentes enfoques de Análisis Coste Beneficio (ACB) (Convencional, Extendido y Extendido Dual), para determinar si su implantación es económica y socialmente viable. Los principales resultados de esta investigación se pueden resumir en los siguientes. (i) El valor económico total de las aguas subterráneas del acuífero del Gavilán ha sido estimado en 0,45 €/m3. Si el recurso fuera modificado o eliminado y, por tanto, no pudiera cumplir con sus funciones, este valor actuaría como coste de la actividad causante del cambio del estado original. El coste del recurso incluiría el valor de agua para riego, mientras que el valor ambiental y de recreo de las aguas se incluiría en la categoría de costes ambientales. (ii) En cuanto al caso del Río Segura, desde el punto de vista social, la prioridad de gestión es mejorar la calidad del agua, seguida de las medidas de restauración de su entorno. El valor económico del caudal ecológico en el tramo estudiado es de 0,45 €/m3, y su pérdida daría lugar a un coste ambiental de esa magnitud. (iii) Los beneficios ambientales de mejorar el estado ecológico del Mar Menor han sido estimados en 17,4 millones de euros, de los cuales 7,7 se corresponden con un incremento en los valores de uso del ecosistema y 9,7 con valores de no uso. (iv) De acuerdo con las opiniones de los stakeholders entrevistados, la medida más coste-efectiva para mejorar la laguna costera del Mar Menor es construir humedales artificiales para la retención de nutrientes a modo de zonas tampón o filtros verdes. También arguyeron que los beneficios de mercado y no mercado generados por dicha mejora justificarían incluso la ampliación del Programa de Medidas. (v) El valor actual neto de mejorar el Mar Menor mediante las medidas ya propuestas ha sido estimado en 275 (ACB Extendido) y 363 (ACB Extendido Dual) millones de euros. Estos resultados también confirman la viabilidad socioeconómica de ampliar el número de medidas a aplicar. Como conclusión, una política de aguas, basada en la DMA, eficiente desde el punto de vista económico debe prestar atención a aspectos intangibles. Por un lado, no debe ignorar la existencia de valores de uso indirecto, no uso o de opción, pues también contribuyen de manera significativa al bienestar social. De otro lado, el compromiso con las generaciones actuales y futuras debe estar reflejado en los procesos de toma de decisión. En el caso de la Demarcación Hidrográfica del Segura, este trabajo ha demostrado que hay una demanda social de la mejora y conservación de los ecosistemas hídricos. Por esta razón, los gestores deben ser conscientes de los múltiples beneficios que el buen estado de los ecosistemas hídricos genera, que van más allá del simple uso consuntivo del recurso. Los casos de estudio aquí presentados constituyen un buen ejemplo de las potencialidades positivas de la apuesta por una política de conservación de los ecosistemas hídricos. En definitiva, el actual marco institucional y territorial favorece un cambio en la política de aguas, tradicionalmente basada en un modelo de oferta de recursos, hacia un paradigma basado en la concepción del agua como un activo ecosocial. Water is a natural resource – frequently scarce in terms of quantity and quality - that can be analysed from an economic perspective. The total economic value of water is due to the different ecosystem services that aquatic ecosystems provide, which are able to generate social welfare actively and passively. Despite the social interest in preserving and protecting aquatic ecosystems services, the pressures and impacts of human activities have damaged them. Being aware of this, the European Union has created many laws to protect and preserve aquatic ecosystems. The most ambitious measure for the protection of the aquatic environment is the Water Framework Directive (WFD, 2000/60/CE). The objective of the WFD is to achieve a good ecological status of European water bodies by 2015. One of the most important contributions of the WFD for water policy is the crucial role given to Economics. Although such role is established clearly in the WFD, there are three main questions that still need to be operationalized: (i) the estimation of environmental and resource costs as well as the environmental benefits resulting from the good ecological status, (ii) the selection of cost-effective measures for achieving the WFD targets, and (iii) the assessment of the proportionality of Programmes of Measures. The overall objective of this PhD dissertation is to contribute to the development and improvement of economic analysis methods for implementing the main economic aspects of the WFD. The hypothesis underlying this work is that there is a social demand of aquatic environmental services that must be internalized in the decision-making processes to evaluate policies, plans, programmes and projects related to the management of water bodies. Thus, final decisions will have high acceptance if they are adopted taken into account social preferences of the different societal actors. This hypothesis is contrasted by the application of economic methods and techniques for the case of the Segura River Basin District. For this purpose, this research is developed through two successive and complementary stages that correspond to two key moments of the WFD. The first stage consists in valuing changes in the ecological status of water bodies in order to estimate environmental benefits or cost as well as resource costs. In the first case study, the total economic value of the groundwater of the Gavilán aquifer is estimated. The Production Function Approach is used to calculate the value of this groundwater for irrigation and the Contingent Valuation Method is applied to estimate the value of recreation and supporting services. In the second one, a hypothetical market is simulated through the Choice Modelling Method (via Contingent Ranking). This method is used for the economic valuation of the environmental benefits of the improvement on water quality and for knowing the social preferences about projects related to the recovering of a stretch in the Segura River. The last economic valuation scenario is aimed at valuing the benefits of the improvement of the water quality in the Mar Menor by means of the Contingent Valuation Method. The second methodological stage of this PhD dissertation deals with the evaluation of Programmes of Measures. This work proposes a novel approach to select cost-effective measures by combining Cost-Effectiveness Analysis and stakeholder participation in a two-stage procedure based on the Mar Menor case study. Firstly, face-to-face interviews are conducted to actively involve stakeholders. In this stage, relative effectiveness and relative impacts of a set of measures are estimated by means of the Pairwise Comparison Technique. Secondly, relative effectiveness is compared with costs to obtain cost-effectiveness ratios. Finally, the Programme of Measures proposed for the Mar Menor is evaluated using different schemes of Cost-Benefit Analysis (CBA) such as Classical, Extended and Dual Extended approaches in order to determine whether its implementation is economic and socially feasible. The main findings of this research can be summarised as follows. (i) The total economic value of the groundwater of the Gavilán Aquifer has been estimated in 0.45 €/m3. If the resource was modified or eliminated, and, therefore, their functions were not fulfilled, this value would act as costs for the activity responsible for the change of the original status. The resource cost would include irrigation use value, whereas both the environmental value and recreational use value would have to be included in the environmental cost category. (ii) Regarding the Segura River case study, the management priority for the society is to ensure the river water quality, followed by the restoration measures of its surroundings. The economic value of its ecological flow value is 0.45 €/m3 and its lost would lead to an environmental costs. (iii) The environmental benefits of improving ecological status in the Mar Menor have been estimated at 17.4 million euros, of which 7.7 and 9.7 are related to the increase in the use and non-use values, respectively. (iv) As stakeholders agreed, the most cost-effective measure to improve the Mar Menor coastal lagoon is to construct wetlands as buffer zones or “green filters”. They also argued that market and non-market benefits generated by the improvement of this lagoon would justify even the extension of the Programme of Measures. (v) The net present value of improving the Mar Menor by such set of measures has been estimated in 275 (Extended CBA) and 363 million of euros (Dual Extended CBA). These results also confirm the socioeconomic feasibility of extending the number of measures to be applied. To conclude, we believe that an economically efficient water policy, based on the Water Framework Directive, must pay attention to intangible aspects. On one hand, it must not ignore the existence of indirect, non-use or option values, because they also contribute meaningfully to social welfare. On the other hand, the commitment with the current and future generations must be reflected in the decision-making processes. In the case of the Segura River Basin District, this work has demonstrated that there is a social demand for improving and preserving aquatic ecosystems. For that reason, practitioners must be aware of the multiple benefits that the good ecological status of water ecosystems generates, which go beyond consumptive uses. Finally, we believe that the current institutional and territorial framework facilitates an outright shift in water policy, traditionally based on a resource supply approach, towards a paradigm based on the conception of water as an eco-social asset.
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Análisis estructural de modelos hidrológicos y de sistemas de recursos hídricos en zonas semiáridas
(2016-03-04) Cabezas Calvo-Rubio, Francisco; Senent Alonso, Melchor; Departamento de Ecología e Hidrología
El desarrollo de la modelación hidrológica ha experimentado un impulso extraordinario en las últimas décadas. Desde los primeros modelos conceptuales de la década de los 60 del pasado siglo hasta hoy no solo el número de modelos desarrollados es incontable, sino que sus tipologías se han multiplicado, sus aplicaciones prácticas se han extendido, y la propia teoría subyacente a la modelación ha sido objeto de avances sustanciales. En esta tesis nos centraremos, en primer lugar, en un tipo específico de esos modelos, los denominados modelos conceptuales de balance hídrico o de lluvia-escorrentía, que simulan de forma agregada la respuesta hidrológica de una cuenca a partir de las precipitaciones producidas, con el objetivo de realizar una aplicación masiva a numerosas cuencas españolas y estudiar su comportamiento estructural. Para ello, y tras una presentación general del ciclo hidrológico y sus procesos subyacentes desde la perspectiva de estos modelos, se describen algunos comúnmente utilizados mostrando en detalle sus principios básicos, ecuaciones descriptivas, parametrización empleada y condiciones de aplicación. Seguidamente se aborda el problema del análisis estructural, entendiendo por tal los aspectos relativos a la sensibilidad de los modelos, análisis de datos y perturbaciones, incertidumbres, problemas de identificabilidad, y validación de su funcionamiento. La descripción es autocontenida e incluye los desarrollos matemáticos necesarios para la comprensión de los conceptos y técnicas introducidos. Para poder aplicar estas técnicas se ha desarrollado una aplicación informática, que incorpora muchos de los modelos y técnicas descritas y permite aplicarlas a gran escala. Brevemente se describe esta aplicación, sus interfaces y los resultados proporcionados. Con este código se ha procedido a la aplicación práctica de la teoría a un extenso conjunto de cuencas españolas peninsulares, centrando la perspectiva en las singularidades y diferencias de los modelos, desde el punto de vista estructural, según el grado de aridez de las cuencas a las que se aplican. Se introducen los conceptos de regionalización y estabilidad estructurales dependientes de indicadores, adoptando como tal indicador la aridez de las cuencas. Las aplicaciones prácticas se completan con el estudio de perturbaciones aplicado a la evaluación de efectos del cambio climático mediante modelos conceptuales agregados. Tras estos análisis, puramente hidrológicos, la investigación se completa con una consideración teórica del posible efecto de la aridez y torrencialidad de las cuencas sobre el funcionamiento de los modelos de optimización y simulación aplicados a los sistemas de recursos hídricos, aplicándolo a un caso real concreto. Por último, se concluye con algunas consideraciones y posibles extensiones de las técnicas mostradas, orientadas a la modelación semidistribuida. El análisis ha mostrado la viabilidad de la aplicación práctica de estas metodologías, la posibilidad de mejorar la parametrización de los modelos, y que muchos resultados estructurales relativos a modelos de amplio uso son, en efecto, dependientes de la aridez de las cuencas a las que se aplican. La aridez no solo condiciona el valor esperable y rango admisible de sus parámetros, información de utilidad para acotar información requerida a priori, sino que también influye en sus niveles de correlación y, por tanto, su identificabilidad estructural. Asimismo se ha verificado que la aridez o irregularidad de flujos un territorio puede afectar a los resultados de los modelos de optimización y simulación de sistemas de recursos hídricos, al invalidar el supuesto de paso y captación mensual completa asumido por estos modelos. La importancia de esta afección depende de la configuración de estos sistemas y las características de sus caudales a escalas inframensuales como la diaria. Con igual objetivo de valorar efectos de la aridez, se ha analizado el efecto de la concentración subdiaria de las intensidades de lluvia sobre la infiltración a escala diaria, observando que el efecto puede ser significativo dependiendo de la textura del suelo y su humedad inicial. Finalmente se han apuntado algunos criterios o bases para la extensión de las técnicas mostradas a otras tipologías de modelos como los diarios o mensuales semidistribuidos, línea de gran interés práctico al permitir realizar evaluaciones de recursos a gran escala, en extensos territorios con numerosas estaciones, y contrastadas mediante calibración con datos observados en subcuencas aforadas, cuya extrapolación puede llevarse a cabo con las técnicas descritas. The development of hydrological modeling has experienced an extraordinary boost in recent decades. From the first conceptual models of the 60s of the last century until today, not only the number of developed models is countless, but their typologies have multiplied, their practical applications have been extended, and underlying theory to modeling has been the subject of substantial progress. This thesis will focus, firstly, in a specific type of those models, the so-called rainfall-runoff conceptual models of continuous water balance, simulating the hydrologic response of a basin, in order to carry out a massive application of several models to numerous Spanish basins, and study their structural behaviour. To do this, and after a general presentation of the hydrological cycle and its underlying processes from the perspective of these models, some of them commonly used are described in detail showing its basic principles, describing equations, parameterization used and application conditions. Then, the problem of structural analysis is discussed, including sensitivity of the models, data analysis and perturbations, uncertainties, identifiability problems, and validation of its operation. The description is self-contained and includes the mathematical developments needed for an understanding of the introduced concepts and techniques. To apply these techniques we developed a software that incorporates many of the models and techniques described, and allows a large-scale execution. The software interfaces and the results provided are briefly described. Using this software we proceeded to the practical application of the theory to an extensive set of Spanish basins, focusing perspective in singularities and differences of models, from a structural point of view, according to the degree of aridity of the considered basins. The concepts of regionalization and structural stability dependence on indicators are introduced, adopting as indicator the basin aridity. The practical applications are completed with the study through conceptual models of perturbations applied to the evaluation of effects of climate change on water resources. Following these purely hydrological issues, research is completed with a theoretical consideration of the possible effect of highly irregulars daily flow on the results of optimization and simulation models for water resources systems, with a monthly time step, and applying it to real case. Finally, we conclude with some considerations and possible extensions of the exposed techniques to semidistributed and daily new model under development. The analysis has shown the feasibility of the practical application of these methodologies, the possibility of improving the parametrization of the models, and many structural results for widely used models (structural identification matrix, covariances of parameter, eigenvalues, conditioned sensitivity, sensitivity ratio, etc.) that are in fact dependent on the aridity of the basins. Aridity not only determines the expected value and permissible range of parameters, useful information to narrow the a priori information required, but also it affects their levels of correlation and therefore structural identifiability. It has also been verified that the irregularity of daily flows, typical in semiarid areas, can affect the results of optimization and simulation models of water resources systems, due to invalidate the assumption of full monthly step diversion taken by these models. The importance of this effect depends on the configuration of the system and the flow characteristics at submonthly scales as daily. With the same objective of evaluating the effects of aridity, we analyzed the effect of intraday concentration of rainfall intensities on a daily scale infiltration, noting that the effect can be significant depending on the soil texture and initial water content. Finally we include some considerations for extend the techniques to other types of models such as daily or monthly semi-distributed using tessellation, line of great practical interest to enable water resource assessments on a large scale, in extensive territories with numerous gage stations. Model results can be contrasted by calibration with gauged watersheds, and parameter extrapolation can be carried out with the described techniques.
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Antropización de un sistema acuífero multicapa mediterráneo (Campo de Cartagena, SE España). Aproximaciones hidrodinámicas, geoquimicas e isotópicas: Anthropization of a semiarid mediterranean multi-layer aquifer system (Campo de Cartagena, SE Spain). Hydrodynamic, geochemical and isotopic approaches.
(2013-07-17) Baudron, Paul Jean Theo; Senent Alonso, Melchor; Leduc, Christian; García Aróstegui, José Luis; Facultad de Biología
El Campo de Cartagena constituye un caso paradigmático en el que se pueden observar importantes modificaciones hidrológicas y ambientales relacionadas con el uso intensivo de aguas subterráneas para regadío en zonas semiáridas del Mediterráneo. En el último siglo, esta zona históricamente desértica se ha convertido en una de las áreas agrícolas más productivas del país. El desarrollo agrícola se ha basado en el uso de las aguas subterráneas, con la perforación de captaciones cada vez más profundas en el acuífero multicapa. El gran número de sondeos ranurados en todos los tramos permeables atravesados, ha permitido la conexión artificial entre los distintos acuíferos. De forma paralela se producía un aumento de la recarga por retorno de riego con la consiguiente subida de los niveles piezométricos en el acuífero superior, lo que ha dado lugar a un caudal permanente en el curso bajo de la red hidrográfica, al que se suman parte del agua de rechazo de desaladoras de agua subterránea, confluyendo todo ello en la laguna del Mar Menor. En este contexto, la comprensión de la compleja evolución del sistema hídrico es un reto científico de primer orden. La investigación realizada se ha centrado en tres aspectos principales. El primero ha supuesto una importante tarea bibliográfica de recopilación de todo tipo de información acerca de la evolución temporal de los acuíferos, que ha podido ser parcialmente reconstituida. Se ha evidenciado la inversión de los gradientes hidráulicos verticales entre los tres primeros tramos acuíferos, con una bajada de los niveles de más de 500 m en el acuífero más profundo. Una revisión del inventario de los sondeos mostró que las asignaciones del acuífero de procedencia de las aguas de cada sondeo en muchos son casos erróneas. Este aspecto ha motivado el desarrollo de una metodología basada en el aprendizaje automático (Random Forest) para identificar el acuífero de origen de muestras de agua subterránea a partir de los análisis disponibles de elementos mayoritarios. El modelo efectuado ha alcanzado una exactitud del 95% y se han clasificado 107 muestras de origen desconocido. El segundo eje de investigación estuvo motivado por la dificultad de actualizar el balance hídrico del sistema acuífero, donde el incierto retorno de riego se suma a la infiltración de la precipitación como fuente de recarga del acuífero superficial. Se emplearon trazadores ambientales (14C, 13C, 2H, 18O, 3H), combinados con perfiles de temperatura de alta resolución en sondeos. Se han evidenciado procesos de mezcla a escala local (interior del sondeo) y regional (dentro de los acuíferos). Se han obtenido tasas de recarga en el denominado periodo de pre-antropización de 17 mm/año en las zonas más elevadas, e inferiores a 10 mm/año en la zona de llanura. Como respuesta al desarrollo de la actividad agrícola en la llanura, la tasa actual de recarga se ha cifrado en 210 mm/año, según los resultados de los trazadores empleados. El tercer eje de investigación ha consistido en la cuantificación de la descarga submarina de agua subterránea (SGD) hacia la laguna del Mar Menor mediante la aplicación de isótopos del radón (222Rn) y radio (223Ra, 224Ra). Estas medidas se han combinado con una modelización hidrodinámica de la laguna para comprender el impacto de las aportaciones de esos trazadores a través de la red de superficie. Han sido localizadas las zonas de influencia de la pluma de radionúclidos de la rambla, las principales zonas de SGD y los rechazos de salmueras. Los balances de masa en dos campañas realizadas en época de verano e invierno han proporcionado flujos de SGD de 7.2 a 15.9 108 m3.año-1 (222Rn), 21.9 a 44.7 108 m3.año-1 (224Ra) y 6.9 108 m3.año-1 (223Ra, en invierno), mientras la descarga de agua subterránea dulce originada por el acuífero ha sido evaluada en un 1% de las SGD totales. Finalmente, cabe destacar que los métodos implementados en esta investigación en el caso del Campo de Cartagena pueden ser extrapolados a otros ámbitos mediterráneos donde la explotación del agua subterránea sigue una evolución comparable, continua y aparentemente inexorable. Palabras clave: Antropización, clima semiárido, Mar Mediterráneo, trazadores medioambientales, recarga de acuífero, descarga submarina de agua subterránea, Random Forest, Acuífero multicapa, laguna costera, sondeos completamente ranurados. Versión en ingles Title: “Anthropization of a semiarid Mediterranean multilayer aquifer system (Campo de Cartagena, SE Spain). Hydrodynamic, geochemical and isotopic Approaches. Abstract: The Campo de Cartagena area in the Murcia region (SE Spain) is an emblematic case and an extreme illustration of the hydrological and environmental changes caused by the intensive use of groundwater for agriculture in semiarid Mediterranean areas. This area, historically a desert, it now represents one the most productive agricultural areas of the country. In the absence of surface water, the agricultural development was based on the use of groundwater from the underlying multi-layer aquifer system, leading to the overexploitation of the deeper layers, while irrigation return flow and the subsequent increased recharge rates caused the increase of water table levels in the unconfined aquifer. A large number of boreholes are screened in several aquifers and allow an artificial connection between different groundwater masses. The water table increase in the shallow aquifer, together with the release of brines from private groundwater desalination plants, induced a permanent surface flow of water to the main outlet of the system, the Mar Menor lagoon. In this context, understanding the complex evolution of the whole system and how the hydric balance is affected is a hard task. Three main aspects are treated in this dissertation. The first one represented a wide bibliographic task in order to collect nearly all information on the evolution of the aquifers. The evolution along one century of the multi-layer aquifer system could be partly reconstituted, highlighting the inversion of the vertical hydraulic gradient between the upper aquifers and the decrease of water table levels by more than 500 m in the last century for the deepest aquifer level. An inventory revision of tubewells showed that some previous studies misinterpreted the piezometric and geochemical time-series by mistaking aquifer corresponding to each tubewell. A method was therefore developed based on a supervised classification method, the Random Forest (RF) machine learning technique, to identify the layer from where groundwater samples were extracted. The classification reached accuracy over 95%. 107 groundwater samples of unknown origin and featuring a complete set of variables could be classified. The second research axis was motivated by the difficulty to update the hydric balance of the multi-layer aquifer when irrigation return flow represents an additional source of recharge, added to the limited rainfall infiltration. Environmental tracers (14C, 13C, 2H, 18O, 3H) were combined to high-resolution temperature loggings to investigate the long-term evolution of recharge in the Campo de Cartagena aquifer system once identified in situ the depth of origin of groundwater. Mixing processes were evidenced at local (inside boreholes) and regional scale (inside the aquifers). Both pre-anthropization and post-anthropization samples were identified and mean residence times were calculated. Before the development of agriculture, recharge varied from 17 mm.a-1 in the mountain ranges to 6 mm.a-1 in the plain. In response to the increase of agricultural activity, recharge fluxes to the plain were amplified and nowadays reach up to 210 mm.a-1 The third research axis consisted in quantifying submarine groundwater discharge (SGD) and deciphering the influence of the different water sources on the Mar Menor. A radon (222Rn) and radium (223Ra, 224Ra) survey was combined with the hydrodynamic modeling of the lagoon. The areas of influence of the plume of radionuclides from the river were identified, the main areas of SGD were located and a location for a submarine emissary was proposed. Mass balances in winter and summer seasons provided yearly SGD fluxes of water of 7.2-15.9 108 m3.a-1 (222Rn), 21.9-44.7 108 m3.a-1 (224Ra) and 6.9 108 m3.a-1 (223Ra, measured in winter only) while fresh submarine groundwater discharge from the aquifer was about 1% of total SGD. These results present a wide interest that is not limited to the Murcia region or the Campo de Cartagena aquifer. The methods developed in this thesis might also be used in other Mediterranean sites where groundwater exploitation seems to follow a continuous and inevitable increase. Keywords: Anthropization, Semiarid climate, Mediterranean Sea, Environmental tracers, Aquifer recharge, Submarine groundwater discharge, Random Forest, Multilayer aquifer, Coastal lagoon, Longscreened boreholes.
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El balance hídrico en la Cuenca del Río Quequén Salado: Argentina
(Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones, 2000) Marini, Mario Fabián; Piccolo, María Cintia
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Bases ecológicas para el establecimiento de regímenes de caudales ambientales en la Cuenca del Segura = Ecological basis for assessing environmental flow regimes in the Segura Basin.
(2013-02-15) Belmar Díaz, Óscar; Velasco García, Josefa; Martínez Capel, Francisco; Facultad de Biología
Esta tesis constituye una importante contribución a la determinación de relaciones caudal-ecología para la definición de regímenes ambientales de caudal en áreas Mediterráneas bajo el marco holístico ELOHA. Se desarrolló una clasificación fluvial basada en métricas hidrológicas y se comparó con dos clasificaciones ambientales (REC-Segura y ecotipos-DMA). El efecto de diferentes regímenes en la composición y riqueza de macroinvertebrados se cuantificó identificando los componentes del caudal que los determinan. Para cada tipo, se analizó la alteración hidrológica y sus efectos en el hábitat físico y la condición riparia, proporcionando indicadores ecológicos y medidas de calidad sensibles a la alteración. Este estudio es relevante para otras cuencas porque la del Segura representa uno de los extremos más áridos del Mediterráneo occidental, hacia el que otras cuencas en áreas templadas tenderán debido al cambio climático y donde implementar caudales ambientales constituye una tarea necesaria y urgente a pesar de su alta complejidad. Palabras clave: Regímenes ambientales de caudal, marco ELOHA, clasificación de ríos Mediterráneos, Comunidades de macroinvertebrados, Hábitat físico, Vegetación riparia, Alteración hidrológica. This thesis constitutes an important contribution to the determination of flow-ecology relationships for the definition of environmental flow regimes in Mediterranean areas under the ELOHA holistic framework. A fluvial classification based on hydrological metrics was developed and compared with two environmental classifications (REC-Segura and WFD-ecotypes). The effect of different regimes on macroinvertebrate composition and richness was quantified identifying the flow components that determine them. For each type, hydrologic alteration and its effects on physical habitat and riparian condition were analysed, providing ecological indicators and quality scores sensitive to flow alteration. This study is relevant to other basins because the Segura represents one of the most arid extremes in the western Mediterranean, towards which other basins in temperate areas will tend due to the climate change and where implementing environmental flows constitutes a necessary and urgent task despite its high complexity. Keywords: Environmental flow regimes, ELOHA framework, Mediterranean rivers classification, Macroinvertebrate communities, Physical habitat, Riparian vegetation, Hydrologic alteration.
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Características morfométricas y de la red de drenaje de algunas cuencas de la Sierra de los Alamos (Moratalla, Murcia)
(Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones, 1986) Martínez Fernández, José
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El comportamiento hidrodinámico de la cuenca del Río Quípar (Sureste de España) : la función de los diques de corrección hidrológica / Mariano Martínez Lloris; directores, Asunción Romero Díaz, Francisco Alonso Sarriá.
(Murcia : Universidad de Murcia, Departamento de Geografía,, 2006) Martínez Lloris, Mariano
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Criterios hidromorfológicos para la mejora de la eficiencia de obras de drenaje pequeñas en pasos de carreteras sobre ramblas
(Murcia, Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones, 2010) Conesa García, Carmelo; García Lorenzo, Rafael
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Dégradation spécifique et transport solides dans le bassin de l'oued Lebène (Prérif central, Maroc septentrional)
(Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones, 2005) Conesa García, Carmelo; Gartet, Jaouad; Gartet, Abdelghani
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Efectividad hidro-geomorfológica de los diques de retención en cuencas torrenciales del sureste peninsular / Carmelo Conesa García.
(Murcia : Universidad de Murcia,, 2006) Conesa García, Carmelo
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Effec of soil salinity on growth, water stratus and nutrient accumulation in seedligns of Suaeda nudiflora (Chenopodiaceae).
(Murcia, Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones, 2009) Tusharbhai Patel, Neha; Nath Pandey, Amar
Se realizaron experimentos en invernadero para evaluar los efectos de la salinidad del suelo en la emergencia, crecimiento, estado hídrico, contenido de prolina y acumulación mineral en semillas de Suaeda nudiflora (Wild.) Moq. (Chenopodiaceae).
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Estimación de variables y parámetros hidrológicos y análisis de su influencia sobre la modelización hidrológica: aplicación a los modelos Témez y Swat
(2016-07-25) Gomariz Castillo, Francisco; Alonso Sarriá, Francisco; Facultad de Biología
El objetivo de esta tesis es ensayar diversos procedimientos para generar capas espaciales de las variables de entrada y parámetros necesarios para ejecutar un modelo hidrológico. En concreto precipitación, temperatura, humedad relativa, evapotranspiración potencial y usos del suelo. La temperatura, precipitación y humedad relativa se han interpolado utilizando métodos de regresión global (GLM), de interpolación local (media ponderada por el inverso de la distancia, polígonos de Thiessen, krigeado ordinario y universal y métodos basados en Splines: TPS y B-Splines) o combinados (regresión con krigreado de los residuos). Los métodos basados en regresión son los que obtienen mejores resultados con la temperatura y la humedad, de forma más clara a nivel mensual. Para la precipitación son los métodos geoestadísticos y basados en Splines los más exactos. No obstante, se llega a la conclusión de que es recomendable, y factible, probar diferentes métodos para seleccional aquel que minimice el error en vez de utilizar un único modelo considerado óptimo. La evapotranspiración potencial se ha modelizado utilizando los métodos más habituales: Penman-Monteith, Hargreaves y Thornthwaite. Se han evaluado varios modos de calibración de los parámetros de Hargreaves, destacando por sus resultados el de parámetros mensuales; en este caso se han creado modelos de distribución de los parámetros para poder extrapolar este modelo a puntos no conocidos. Se ha conseguido obtener con un método que requiere pocos datos (Hargreaves parametrizado) valores de ET0 muy similares a los obtenido con Penman-Monteith (considerado el método más exacto pero al mismo tiempo el más difícil de utilizar ya que requiere un gran número de variables). Respecto a los usos del suelo, se han obtenido mapas para los años 2000 a 2010 a partir de imágenes multiespectrales del sensor Landsat TM. Además de la información espectral, se ha comprobado como la utilización de información textural, multitemporal (varias imágenes para un mismo año) y contextual (altitud y pendiente) permite mejorar los resultados de la clasificación. Los métodos de clasificación supervisada que se han probado han sido Máxima Verosimilitud (método parámetrico clásico), SMAP (método de clasificación multiescala) y métodos no paramétricos como Random Forest o Máquinas de Vectores Soporte con kernel radial. Se demuestra como la integración de una imagen por estación y la incorporación de variables texturales y derivadas del relieve mejora los resultados. El método que mejores resultados obtiene es SMAP. Una vez generadas y evaluadas las diferentes variables, se han definido diferentes conjuntos de variables para evaluar el impacto de las estimaciones de cada una de ellas en los resultados de un modelo hidrológico. Los modelos que se han utilizado son el modelo mensual de Témez distribuido, programado en GRASS, y el modelo diario Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Además, en este último se ha desarrollado un protocolo específico para la generación de la información necesaria. Ambos modelos se ha ejecutado en las cuencas de los ríos Vinalopó y Monnegre, dentro del Sistema de Explotación Vinalopó-Alacantí, con unos 1.750 km2. Se trata de cuencas características de zonas semiáridas mediterráneas con fuerte presión antrópica. Sin embargo, las capas climáticas y de usos de suelo se calcularon tanto para este sistema como para toda la cuenca del Segura. Se ha desarrollado una metodología basada en el uso de software abierto de trabajo para estandarizar y automatizar el proceso de trabajo, concretamente en el uso de GRASS como Sistema de Información Geográfica y del programa de análisis de datos R. Este entorno permite una gran interoperabilidad entre programas. Además, su uso posibilita la reproducibilidad en otros estudios y permite incluir nuevos métodos al concebirse de forma modular. ABSTRACT: The aim of this thesis is to test various methods for generating spatial layers of the input variables and parameters required to run a hydrological model: precipitation, temperature, humidity, potential evapotranspiration and land use. Temperature, precipitation and humidity are interpolated using global regression methods (GLM), local interpolation (inverse of the distance weighted average, Thiessen polygons, ordinary and universal kriging and splines based methods: TPS and B- Splines) or combined methods (regression with kriging of the residuals). Regression-based methods are those that obtain best results with the temperature and humidity, especially with monthly data. Precipitation is more accurately modelized with geostatistical methods or splines. However, we conclude that it is advisable and feasible, to try different methods and to select the one that minimizes the error, rather than using a single model considered optimal. Several models were used to estimate potential evapotranspiration: Penman-Monteith, Hargreaves and Thornthwaite. Various calibrarion modes have been also evaluated for Hargreaves model. The best results were obtained using a monthly parametrization. Spatial distribution models for such parameters were also calculated. Finally, a method that requires little data (Hargreaves parameterized) estimates ET0 values very similar to those obtained with Penman-Monteith (considered the most accurate but also the most difficult to use method because it requires a large number of variables). Regarding land use maps, they were obtained for the years 2000-2010 with multispectral images from Landsat TM sensor. In addition to the spectral information, textural, multi-temporal (several images to a single year) and contextual information (altitude and slope) improves the classification results. The supervised classification methods that have been tested are Maximum Likelihood (a classic parametric method), SMAP (multiscale method of classification) and nonparametric methods as RandomForest or Support Vector Machines with a radial kernel. The results show that using an image per season and incorporating textural and relief-derived variables improves the accuracy of the results. The most accurate classification method was SMAP. Once these variables were generated and evaluated, different sets of variables were defined to evaluate the impact of different estimatations on the results of a hydrological model. The models that have been used are the Témez distributed monthly model and the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) daily model. In addition, a specific protocol to generate the needed information was created for the latter model. Both models have been executed in the basins of the rivers Vinalopó and Monnegre within the System Vinalopó-Alacantí. This area has about 1,750 km2 and is a typical Mediterranean semi-arid area with a strong human pressure. However, climate and land use layers were calculated for both the system and the entire Segura basin. The methodology of the thesis is based on the ose of open software to estandarize and automatize the work process. Especifically, GRASS GIS and the data analysis software R were used. This environment allows great interoperability between programs. In addition, their use enables reproducibility in other studies and allows new methods to be included because of its modular design.
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Estudio comparado de modelos hidráulicos para estudios de inundabilidad: aplicación a la cuenca de las Moreras / Carlos García Calvo; director, Melchor Senent Alonso.
(Murcia : Universidad de Murcia, Departamento de Ecología e Hidrología,, 2012) García Calvo, Carlos.
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Flujos hídricos potenciales en una cuenca fluvial semiárida (río Guadalentín)
(Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones, 1986) Navarro Hervás, Francisca
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Gestión sostenible de acuíferos : el caso del acuífero de Caravaca (Murcia, España) / Juan de Dios Cabezas Cerezo; director, Melchor Senent Alonso
(Murcia : Universidad de Murcia, Departamento de Ecología e Hidrología,, 2010) Cabezas Cerezo, Juan de Dios
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Hidrogeomorfología de la cuenca del río Quequén Grande, Argentina
(Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones, 1999) Campo de Ferreras, Alicia M.; Piccolo, María Cintia
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Huella hídrica y planificación hidrológica : aplicación en la demarcación hidrográfica del Segura
(2014-07-24) Pellicer Martínez, Francisco; Martínez Paz, José Miguel; Facultad de Biología
Los países de la Unión Europea se encuentran en un proceso común de planificación hidrológica desde la aprobación de la Directiva 2000/CE/60, conocida como Directiva Marco del Agua, en la que se le reconocen formalmente todas las funciones que desempeña el agua, que pasa a ser un patrimonio que hay que proteger. El principal objetivo de la nueva planificación hidrológica es lograr el uso sostenible del agua, que debe ser alcanzado a través de una gestión integrada de las demarcaciones hidrográficas, la cual permita conseguir el buen estado ecológico de las aguas superficiales, subterráneas, de transición y costeras. Para ello, la planificación debe basarse, entre otras cuestiones, en un análisis económico de los usos del agua. En este sentido, el regulador español, a través de la Orden ARM/2656/2008 por la que se aprueba la instrucción de planificación hidrológica, establece que se debe realizar un análisis de la huella hídrica de los distintos sectores socioeconómicos. La huella hídrica es un indicador que estandariza la producción económica en una unidad común: el volumen de agua dulce consumido. Diferencia por colores el tipo de uso que se hace de la misma: el agua verde es la precipitación que se almacena en el suelo en forma de humedad y su consumo genera huella hídrica verde; el agua azul son los recursos hídricos y su extracción del medio genera huella hídrica azul; y la acción de contaminar los recursos hídricos genera huella hídrica gris. Así, este indicador muestra los volúmenes de agua consumidos y su origen, considera los usos del suelo y da una orientación preliminar sobre los volúmenes necesarios para reducir la contaminación causada por la actividad económica. Por tanto, indica de forma global la apropiación de los recursos hídricos y permite realizar un análisis de sostenibilidad de la huella hídrica generada dentro de una demarcación hidrográfica. El objetivo de este trabajo es proponer una metodología que proporcione la huella hídrica total de una demarcación hidrográfica, con el fin de subsanar las limitaciones que tienen las pocas aplicaciones prácticas existentes, que contienen sólo cálculos parciales: no evalúan todas las actividades económicas, realizan el cálculo de forma puntual, no consideran la regulación de los embalses, no tienen en cuenta los déficits de suministro, evalúan de forma parcial la componente gris y no realizan un análisis completo de la sostenibilidad ambiental. Para ello, la nueva metodología que se propone en esta tesis doctoral utiliza como inputs los resultados de la simulación del ciclo hidrológico antropizado de la demarcación hidrográfica, la cual se lleva a cabo combinado un modelo hidrológico y un sistema soporte a la decisión. La aplicación conjunta de estas dos herramientas habituales en la planificación hidrológica proporciona los consumos de agua de las actividades económicas en función de la disponibilidad del recurso, calcula la huella hídrica bajo una serie de años hidrológicos con condiciones climáticas diferentes, introduce la regulación de los embalses, estima la huella hídrica gris generada por los retornos de las demandas y permite, además, aproximar la sostenibilidad ambiental del uso del agua. La aplicación práctica de la propuesta metodológica en la Demarcación Hidrográfica del Segura ha proporcionado la huella hídrica total que las actividades económicas generan en dicha demarcación, identificando y cuantificando con este único indicador los problemas más importantes relacionados con la gestión de los recursos hídricos. Los resultados de este indicador no han hecho sino corroborar los presentados por el organismo de cuenca en varios documentos técnicos relacionados con la planificación hidrológica, hecho que prueba la utilidad de la huella hídrica total como indicador para evaluar la gestión integral de los recursos hídricos de una demarcación. Abstract The countries in the European Union share a common water management process since the adoption of Directive 2000/CE/60, known as the Water Framework Directive, which recognizes formally all the functions of the water, and it is became a heritage that has to be protected. The main objective of the new water management is to achieve sustainable use of water, which allows achieving good ecological status of surface, groundwater, transitional and coastal water. This goal has to be reached through an integrated River Basin management. For that purpose, the water management has to be based, inter alia, on an economic analysis of water uses. In this sense, the Spanish water management instruction (Orden ARM/2656/2008) states that it must perform an analysis of the water footprint of different socio-economic sectors. The water footprint is an indicator that standardises the economic productions in a common unit: the volume of fresh water used. The water use is distinguish by colour: the green water is the precipitation storage in the soil in form of moisture, and when it is consumed, the green water footprint is generated; the blue water is the water resources and, when it is extracted, the blue water footprint is generated; and pollute the water resources generates grey water footprint. Thus, this indicator shows the volume and the origin of water consumed, considers the soil uses and provides a preliminary assessment of the fresh water necessary to dilute the pollution caused by economic activity. Therefore, it indicates the global appropriation of water resources and the sustainability analysis of water management is also possible. The objective of this work is to propose a methodology that provides the total water footprint of a River Basin District since the very few existing applications have some limitations: do not evaluate all economic activities, perform isolated calculations, do not consider the storage of the reservoirs, do not take into account the supply deficits, evaluated partially grey water footprint, and do not perform a complete environmental sustainability analysis. To do this, the new accounting methodology uses as inputs the results of the anthropic water cycle of a River Basin, which is conducted using a hydrological model and a decision support system. The combined application of these two common tools in water management provides water consumption of economic activities taking into account the water resources availability, calculates the water footprint under a range of hydrological years with different climatic conditions, introduces the storage of the reservoirs in the River Basin, estimates the grey water footprint generated by the returns of the supplies, and also approximates the environmental sustainability analysis. The results of the proposed methodology applied in the Segura River Basin has provided total water footprint that is generated by economic activities in this area. This only indicator have identified and quantified the most important problems related to water resources management. In addition, the results corroborate the problems detected by the basin organization that they are present in various technical documents, a fact which proves the usefulness of the total water footprint as an indicator to evaluate the integral water resources management in a River Basin District.
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La huerta de Murcia como ejemplo de escorrentía derivada inscrita en llanura de crecida
(2008-12-16T09:39:40Z) Lillo Carpio, Martín
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Humans and physical characteristics of the Claromeco River Basin, Argentina
(Murcia: Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones, 2002) Elizabeth Carbone, María; Piccolo, M. C.
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Influencia de la litología en la Variación de los Parámetros morfométricos, Sistema de Ventania, Argentina
(Murcia, Universidad de Murcia, Servicio de Publicaciones, 2009) Gil, Verónica; Gentili, Jorge O.; Campo de Ferreras, Alicia M.