Guidelines for the design of an environmental flow regime program at the regional scale: Application of the ELOHA framework in the Ebro River basin

La gestión de los recursos hídricos se convierte en un reto del presente y del futuro frente a un panorama de continuo incremento de la demanda de agua debido al crecimiento de la población, el crecimiento del desarrollo económico y los posibles efectos del calentamiento global. La política hidráulica desde los años 60 en España se ha centrado en la construcción de infraestructuras que han producido graves alteraciones en el régimen natural de los ríos. Estas alteraciones han provocado y acrecentado los impactos sobre los ecosistemas fluviales y ribereños. Desde los años 90, sin embargo, ha aumentado el interés de la sociedad para conservar estos ecosistemas. El concepto de caudales ambientales consiste en un régimen de caudales que simula las características principales del régimen natural. Los caudales ambientales están diseñados para conservar la estructura y funcionalidad de los ecosistemas asociados al régimen fluvial, bajo la hipótesis de que los elementos que conforman estos ecosistemas están profundamente adaptados al régimen natural de caudales, y que cualquier alteración del régimen natural puede provocar graves daños a todo el sistema. El método ELOHA (Ecological Limits of Hydrological Alteration) tiene como finalidad identificar las componentes del régimen natural de caudales que son clave para mantener el equilibrio de los ecosistemas asociados, y estimar los límites máximos de alteración de estas componentes para garantizar su buen estado. Esta tesis presenta la aplicación del método ELOHA en la cuenca del Ebro. La cuenca del Ebro está profundamente regulada e intervenida por el hombre, y sólo las cabeceras de los principales afluentes del Ebro gozan todavía de un régimen total o cuasi natural. La tesis se estructura en seis capítulos que desarrollan las diferentes partes del método. El primer capítulo explica cómo se originó el concepto “caudales ambientales” y en qué consiste el método ELOHA. El segundo capítulo describe el área de estudio. El tercer capítulo realiza una clasificación de los regímenes naturales de la cuenca (RNC) del Ebro, basada en series de datos de caudal mínimamente alterado y usando exclusivamente parámetros hidrológicos. Se identificaron seis tipos diferentes de régimen natural: pluvial mediterráneo, nivo-pluvial, pluvial mediterréaneo con una fuerte componente del caudal base, pluvial oceánico, pluvio-nival oceánico y Mediterráneo. En el cuarto capítulo se realiza una regionalización a toda la cuenca del Ebro de los seis RNC encontrados en la cueca. Mediante parámetros climáticos y fisiográficos se extrapola la información del tipo de RNC a puntos donde no existen datos de caudal inalterado. El patrón geográfico de los tipos de régimen fluvial obtenido con la regionalización resultó ser coincidente con el patrón obtenido a través de la clasificación hidrológica. El quinto capítulo presenta la validación biológica de los procesos de clasificación anteriores: clasificación hidrológica y regionalización. La validación biológica de los tipos de regímenes fluviales es imprescindible, puesto que los diferentes tipos de régimen fluvial van a servir de unidades de gestión para favorecer el mantenimiento de los ecosistemas fluviales. Se encontraron diferencias significativas entre comunidades biológicas en cinco de los seis tipos de RNC encontrados en la cuenca. Finalmente, en el sexto capítulo se estudian las relaciones hidro-ecológicas existentes en tres de los seis tipos de régimen fluvial encontrados en la cuenca del Ebro. Mediante la construcción de curvas hidro-ecológicas a lo largo de un gradiente de alteración hidrológica, se pueden sugerir los límites de alteración hidrológica (ELOHAs) para garantizar el buen estado ecológico en cada uno de los tipos fluviales estudiados. Se establecieron ELOHAs en tres de los seis tipos de RNC de la cuenca del Ebro Esta tesis, además, pone en evidencia la falta de datos biológicos asociados a registros de caudal. Para llevar a cabo la implantación de un régimen de caudales ambientales en la cuenca, la ubicación de los puntos de muestreo biológico cercanos a estaciones de aforo es imprescindible para poder extraer relaciones causa-efecto de la gestión hidrológica sobre los ecosistemas dependientes. ABSTRACT In view of a growing freshwater demand because of population raising, improvement of economies and the potential effects of climate change, water resources management has become a challenge for present and future societies. Water policies in Spain have been focused from the 60’s on constructing hydraulic infrastructures, in order to dampen flow variability and granting water availability along the year. Consequently, natural flow regimes have been deeply altered and so the depending habitats and its ecosystems. However, an increasing acknowledgment of societies for preserving healthy freshwater ecosystems started in the 90’s and agreed that to maintain healthy freshwater ecosystems, it was necessary to set environmental flow regimes based on the natural flow variability. The Natural Flow Regime paradigm (Richter et al. 1996, Poff et al. 1997) bases on the hypothesis that freshwater ecosystems are made up by elements adapted to natural flow conditions, and any change on these conditions can provoke deep impacts on the whole system. Environmental flow regime concept consists in designing a flow regime that emulates natural flow characteristics, so that ecosystem structure, functions and services are maintained. ELOHA framework (Ecological Limits of Hydrological Alteration) aims to identify key features of the natural flow regime (NFR) that are needed to maintain and preserve healthy freshwater and riparian ecosystems. Moreover, ELOHA framework aims to quantify thresholds of alteration of these flow features according to ecological impacts. This thesis describes the application of the ELOHA framework in the Ebro River Basin. The Ebro River basin is the second largest basin in Spain and it is highly regulated for human demands. Only the Ebro headwaters tributaries still have completely unimpaired flow regime. The thesis has six chapters and the process is described step by step. The first chapter makes an introduction to the origin of the environmental flow concept and the necessity to come up. The second chapter shows a description of the study area. The third chapter develops a classification of NFRs in the basin based on natural flow data and using exclusively hydrological parameters. Six NFRs were found in the basin: continental Mediterranean-pluvial, nivo-pluvial, continental Mediterranean pluvial (with groundwater-dominated flow pattern), pluvio-oceanic, pluvio-nival-oceanic and Mediterranean. The fourth chapter develops a regionalization of the six NFR types across the basin by using climatic and physiographic variables. The geographical pattern obtained from the regionalization process was consistent with the pattern obtained with the hydrologic classification. The fifth chapter performs a biological validation of both classifications, obtained from the hydrologic classification and the posterior extrapolation. When the aim of flow classification is managing water resources according to ecosystem requirements, a validation based on biological data is compulsory. We found significant differences in reference macroinvertebrate communities between five over the six NFR types identified in the Ebro River basin. Finally, in the sixth chapter we explored the existence of significant and explicative flow alteration-ecological response relationships (FA-E curves) within NFR types in the Ebro River basin. The aim of these curves is to find out thresholds of hydrological alteration (ELOHAs), in order to preserve healthy freshwater ecosystem. We set ELOHA values in three NFR types identified in the Ebro River basin. During the development of this thesis, an inadequate biological monitoring in the Ebro River basin was identified. The design and establishment of appropriate monitoring arrangements is a critical final step in the assessment and implementation of environmental flows. Cause-effect relationships between hydrology and macroinvertebrate community condition are the principal data that sustain FA-E curves. Therefore, both data sites must be closely located, so that the effects of external factors are minimized. The scarce hydro-biological pairs of data available in the basin prevented us to apply the ELOHA method at all NFR types.

De la desintegración Espacial a la Conformación regional en la Sabana de Bogotá. Una Propuesta para el desarrollo de la Ciudad Región en el siglo XXI

El presente trabajo de investigación aborda el tema del desarrollo regional en torno a una gran metrópoli como Bogotá y la Sabana de Bogotá. El crecimiento, expansión y relación con los municipios vecinos. Su entorno territorial; es un tema de discusión que cada día adquiere más fuerza desde hace varias décadas. Bogotá y la Sabana de Bogotá, se consideran en la actualidad como un caso representativo del caótico modelo de expansión urbana y crecimiento demográfico, enfrentado al desarrollo urbano como paradigma de la desigualdad de la ciudad latinoamericana. Son muchos los procesos y conflictos de naturaleza Regional y metropolitana que atraviesa la capital colombiana. Sin embargo esta investigación abordada el tema desde la necesidad de gobernanza y coordinación para el desarrollo territorial consensuado y equilibrado de la Región. La sabana de Bogotá está conformada por ciudades dormitorio, ciudades industriales, turísticas, agropecuarias, etc., es atravesada por el Río Bogotá, y en su centro la gran metrópoli, Bogotá D.C. centro de trabajo muy importante a nivel nacional, su área de influencia más próxima llega hasta: Caqueza, Zipaquira, Facatativa, Soacha, Fusagasuga y Girardot. Principales polos de desarrollo en la sabana y el departamento. Cundinamarca está compuesto por 15 provincias y Bogotá. Conformando un sistema de redes urbanas con necesidades comunes y demanda servicios públicos, de transporte, aseo, movilidad, salud, educación, espacio público y calidad ambiental. La metodología de esta investigación consiste en el análisis de la región a partir de la articulación de planes de ordenamiento territorial en un área de estudio propuesta. Mediante entrevistas con profesionales, expertos, funcionarios y empleados públicos y teniendo en cuenta las posibilidades legales en Colombia para el desarrollo territorial regional, establecer la situación real en materia de desarrollo para el departamento de Cundinamarca, evidenciando las necesidades del territorio y su desarrollo de una forma más compleja, valorando las sinergias y necesidades sociales, ambientales y económicas propias del crecimiento urbano, para proponer una serie de directrices que estructuren un desarrollo regional equilibrado en Bogotá y Cundinamarca. El análisis de los modelos del caso contribuye a fortalecer iniciativas para el desarrollo Regional de la Sabana de Bogotá como territorio sostenible: ambiental, económico y socialmente. En un sistema de redes que interconecte a Bogotá, con Cundinamarca, Colombia y el resto del mundo. Cundinamarca como región debe fijar estrategias y articular políticas en función de un modelo de desarrollo urbano regional para el departamento y la Sabana de Bogotá. Directrices departamentales básicas y fundamentales para el desarrollo territorial equilibrado que promueva ciudades sostenibles, compactas y con Calidad de vida para todos sus habitantes. ABSTRACT: This research addresses the issue of regional development around a big metropolis like Bogotá and Sabana de Bogota. The growth, expansion and relations with neighboring municipalities. Your local environment; It is an issue that becomes stronger every day for decades. Bogotá and Sabana de Bogotá, are considered today as a representative case of the chaotic model of urban expansion and population growth, urban development faced as a paradigm of inequality in Latin American city. Many processes and conflicts of Regional and metropolitan nature that crosses the Colombian capital. However this research addressed the issue from the need for governance and coordination for consensual and balanced territorial development of the region. The savannah of Bogota consists of bedroom communities, industrial cities, tourism, agriculture, etc., is crossed by the Bogota River, and at its center the great metropolis, Bogota DC center very important work at the national level, the area closest influence reaches: Caqueza, Zipaquira, Facatativa, Soacha, Fusagasuga and Girardot. Main centers of development in the savannah and the department. Cundinamarca is composed of 15 provinces and Bogota. Forming a system of urban networks with common needs and demand utilities, transportation, grooming, mobility, health, education, public space and environmental quality. The methodology of this research is the analysis of the region from the joint land use plans in the proposed study area. Through interviews with professionals, experts, public officials and employees and taking into account the legal possibilities in Colombia for regional territorial development, establish the real situation in development for the department of Cundinamarca, showing the region's needs and development of a more complex form, assessing synergies and own social, environmental and economic needs of urban growth, to propose a set of guidelines to structure a balanced regional development in Bogota and Cundinamarca. The analysis of case models helps to strengthen initiatives for regional development of the Sabana de Bogota and sustainable region: environmentally, economically and socially. In a network system that interconnects to Bogotá with Cundinamarca, Colombia and elsewhere. Cundinamarca region should set as joint strategies and policies based on a model of regional urban development for the department and the Sabana de Bogota. Basic and fundamental to balanced territorial development that fosters sustainable, compact and quality of life for all its inhabitants cities departmental guidelines.