Comportamiento hidrosedimentario de una cuenca agroforestal bajo diferentes condiciones climáticasimportancia para establecer planes de manejo

Resumo

El objetivo de esta tesis es la aplicación, calibración y validación del modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) para descarga de agua, sedimentos y nitratos en una pequeña cuenca agroforestal, localizada en la provincia de A Coruña (noroeste de España), representativa del clima atlántico, con dos finalidades: 1. Con los resultados de las simulaciones se evalúa el efecto del cambio climático sobre la respuesta hidrosedimentaria de la cuenca. Concretamente, se analizan los cambios que, a medio y largo plazo, podría experimentar la descarga de agua, así como la carga de sedimentos exportados por la cuenca del río Corbeira. 2. Con la calibración y validación del modelo SWAT se persigue evaluar su capacidad de predicción en las condiciones de la zona de estudio, de manera que, posteriormente, resulte apto para simular caudales y producción de sedimentos en cuencas no aforadas de características climáticas, geomorfológicos, y de uso del suelo, similares a la estudiada. En último término, servirá para prever situaciones futuras (no solo efectos del cambio climático, si no también efectos del cambio de uso, de las prácticas de manejo, de medidas de conservación, etc.) en un mayor número de cuencas de Galicia y diseñar estrategias para paliar los posibles efectos negativos. La metodología básicamente consistió en: a) Calibración del modelo, para lograr un ajuste satisfactorio entre las variables medidas (descarga de agua y sedimentos) y esas mismas variables simuladas, mediante un análisis de sensibilidad en los parámetros más sensibles del modelo. b) Validación del modelo, para evaluar su capacidad predictiva mediante la comparación de la descarga de agua y sedimentos medidos con los simulados. c) Modelación de la descarga de agua y sedimentos con series de proyecciones climáticas futuras, para estimar el impacto producido por el cambio climático en dichas variables. Adicionalmente a los objetivos anteriores, el modelo SWAT se usa también en esta tesis para estimar la carga de nitratos en la cuenca del río Corbeira. Se exponen a continuación las principales conclusiones a las que se ha llegado a lo largo de este trabajo, agrupándolas siguiendo la estructura de los resultados. Análisis de las variables meteorológicas 1. La comparación de los valores de precipitación y temperatura durante el periodo de estudio (2005/06-2009/10) con los datos de la serie de referencia (1983/84-2009/10) lleva a considerar al periodo de simulación (calibración y validación) representativo de la situación climática tipo en la cuenca, lo que permitió realizar una calibración del modelo SWAT ajustada a las condiciones climáticas propias del área de estudio. 2. Las precipitaciones mostraron una elevada variabilidad interanual durante el periodo de calibración (2005/06-2007/08). Dicha variabilidad brindó la posibilidad de calibrar el modelo usando una amplia gama de condiciones hidrológicas, lo que posibilitó activar todos los procesos constitutivos del modelo y, en consecuencia, obtener una calibración más acorde a las características específicas de la cuenca. Respuesta hidrosedimentaria y carga de nitratos 1. La respuesta hidrológica de la cuenca mostró una acusada variabilidad interanual dando la oportunidad de comparar los resultados del SWAT con un amplio abanico de condiciones de escorrentía. 2. El coeficiente de escorrentía presentó valores bajos (33%), característicos de cuencas bien vegetadas y con escasa superficie impermeable, lo que denota una alta capacidad de infiltración de los suelos. Por otra parte, se constató que la evapotranspiración y la recarga de agua del suelo son procesos de suma importancia en la dinámica hidrológica de la cuenca, por lo que deben estar bien reflejados en el modelo para representar adecuadamente los procesos hidrológicos que ocurren en ella y conseguir una buena simulación del caudal. 3. En lo referente a la producción de sedimentos y carga de nitratos se encontró una importante variabilidad interanual vinculada a la generación de escorrentía y a los usos del suelo. De ello se deduce la necesidad de simular adecuadamente el flujo así como el ciclo de los cultivos, con el fin de estimar objetivamente la pérdida de sedimentos y nitratos desde distintas zonas de la cuenca. 4. La mayor parte de la pérdida de sedimentos (70%) y el 39% de la carga de nitratos se producen durante episodios de escorrentía, aun cuando éstos solo aportan un 30% de la descarga de agua. Esto indica que la carga de sedimentos durante eventos de escorrentía debe de ser considerada en el proceso de calibración para el correcto ajuste de los parámetros del modelo. Calibración, validación y aplicación del modelo SWAT 1. Los resultados del análisis de sensibilidad para el módulo hidrológico pusieron de manifiesto una alta sensibilidad del modelo a los parámetros que influyen en la disponibilidad de agua en el suelo y en el flujo subterráneo. 2. Las simulaciones de caudal, producción de sedimentos y nitratos realizada con el SWAT reflejan adecuadamente el comportamiento de los valores observados, de lo que se deduce la utilidad de este modelo como herramienta para estimar dichas variables en cuencas de características geomorfológicas, climáticas y de uso del suelo, similares a las de la cuenca del río Corbeira. 3. El uso del modelo permitió estimar la importancia relativa de los componentes del flujo de agua considerados por el SWAT: flujo superficial, flujo lateral y flujo subterráneo, siendo el flujo basal el predominante (68%). 4. Los resultados de las simulaciones de producción de sedimentos y nitratos permiten realizar una interpretación cualitativa, o incluso una aproximación (semi-)cuantitativa de la contribución de los diferentes usos del suelo a la producción de sedimentos y nitratos. Los valores más bajos de producción de sedimentos se registraron en las zonas forestales y en las praderas en tanto que los valores más elevados se obtuvieron en las zonas de cultivo, en donde se excedió ligeramente la tasa de formación del suelo para las condiciones que prevalecen en Europa. Las tasas más elevadas de producción de nitratos también se registraron en las zonas de cultivo, aunque en conjunto la mayor exportación procede de las praderas, ya que éstas son las que alcanzan una mayor representatividad dentro del uso agrícola. 5. El modelo ha demostrado ser una herramienta valiosa para el estudio de la contribución de los diferentes flujos a la producción nitratos, señalando que el flujo subterráneo es la principal vía de exportación de nitratos en la cuenca del río Corbeira. 6. Dado que el modelo es capaz de predecir con bastante fiabilidad la exportación de sedimentos en la cuenca del río Corbeira durante largos periodos de tiempo, dichos resultados podrían emplearse en la estimación de la pérdida de fósforo, pues las concentraciones de sólidos en suspensión guardan muy buenas correlaciones con el fósforo particulado. Impactos del cambio climático sobre la descarga de agua, producción de sedimentos y nitratos 1) Los modelos del proyecto ENSEMBLES usados en los escenarios de cambio climático coinciden en pronosticar un aumento de temperaturas en la zona de estudio, con variaciones en cuanto a la magnitud del cambio, y con un ritmo de calentamiento máximo durante el verano y mínimo durante el invierno. Señalan un calentamiento medio de 1,1 ºC para el periodo 2031-2060 y de 2,2 para el periodo 2069-2098. En cuanto a la precipitación, se evidencian más discrepancias entre modelos. No obstante, todos los modelos coinciden en proyectar disminuciones de precipitación en el clima futuro respecto al periodo actual (1981-2010), del orden del 6% para el periodo 2031-2060 y del 15% para el horizonte 2069-2098. En general, se prevé una mayor sequía para todas las estaciones aunque algunos modelos pronostican un aumento de las precipitaciones en invierno. 2) Los resultados de las simulaciones para la cuenca del Corbeira realizadas bajo escenarios de cambio climático, elaborados a partir de los valores medios de temperatura y de precipitación, considerando el efecto simultáneo de T + P + CO2, para los periodos 2031-2060 y 2069-2098 proyectaron: a) Un descenso de la descarga de agua para la cuenca del Corbeira del orden del 16% a corto plazo y del 35% para finales del siglo XXI, mientras que las simulaciones correspondientes a los escenarios más desfavorables (anomalías máximas) pronostican descensos del orden del 46 y 51% para esos mismos horizontes. En general, se constata una disminución más significativa, en términos absolutos, en invierno y primavera, cuando tienen lugar los caudales más elevados. No obstante, las mayores reducciones, en términos relativos, tendrán lugar en verano, coincidiendo con los caudales más bajos. b) Una reducción de la producción de sedimentos del orden del 11% para el periodo 2031-2060 y del 15% para el horizonte 2069-2098, en tanto que las efectuadas con las anomalías máximas estiman una reducción del 42 y 39% para el periodo 2031-2060 y 2069-2098, respectivamente. Se pronostica un aumento de la producción de sedimentos en invierno. c) Un incremento de la carga de nitratos similar para todo el siglo XXI (6-7%) a pesar de las diferencias previstas en la descarga de agua, siendo mayor el incremento durante primavera y especialmente durante el invierno. De los resultados de este estudio se deduce que el modelo hidrológico SWAT es una herramienta útil para predecir los efectos del cambio climático sobre los recursos hídricos y la producción de sedimentos y nitratos a escala de cuenca. Esta herramienta también permite evaluar cambios en el uso del suelo y planes de manejo, por ejemplo con vistas a la implementación de la Directiva Marco del Agua en la cuenca del Corbeira y en áreas con similares condiciones ambientales y geomorfológicas.