Diagnosing Causes of Water Scarcity in Complex Water Resources Systems and Identifying Risk Management Actions

From the water management perspective, water scarcity is an unacceptable risk of facing water shortages to serve water demands in the near future. Water scarcity may be temporary and related to drought conditions or other accidental situation, or may be permanent and due to deeper causes such as excessive demand growth, lack of infrastructure for water storage or transport, or constraints in water management. Diagnosing the causes of water scarcity in complex water resources systems is a precondition to adopt effective drought risk management actions. In this paper we present four indices which have been developed to evaluate water scarcity. We propose a methodology for interpretation of index values that can lead to conclusions about the reliability and vulnerability of systems to water scarcity, as well as to diagnose their possible causes and to propose solutions. The described methodology was applied to the Ebro river basin, identifying existing and expected problems and possible solutions. System diagnostics, based exclusively on the analysis of index values, were compared with the known reality as perceived by system managers, validating the conclusions in all cases

A method to assess annual average renewable groundwater reserves for large regions in Spain

This paper proposes a method for assessing the groundwater renewable reserves of large regions for an average year, based on the integration of the recession curves for their basins springs or the natural base flow of their rivers. In this method, the hydrodynamic volume (or renewable reserves), were estimated from the baseflow equation. It was assumed that the flow was the same as the natural recharge, and that the recession coefficients were derived by the hydrogeological parameters and geometrical characteristics of aquifers, and adjusted to fit the recession curves at gauging stations. The method was applied to all the aquifers of Spain, which have a total groundwater renewable reserve of 86,895 hm3 four times the mean annual recharge. However, the distribution of these reserves is very variable; 18.6% of the country aquifers contain 94.7% of the entire reserve.

Encuadre histórico general: cultura, ciencia y tecnología de las aguas subterráneas

El hombre inicialmente se acerca al recurso hídrico para su aprovechamiento, pero no comprende su origen. También se asombra ante las catástrofes generadas por el temporal o por el efecto vivificante del agua sobre los cultivos. Surgen cosmogonías acuáticas y con frecuencia, dioses de las fuentes o de los manantiales, así como de la lluvia; tal es el caso de Kon, entre los incas, o Tlaloc entre los aztecas, y Chac entre los mayas, por poner algún ejemplo

The role of cover crops in irrigated systems: water balance, nitrate leaching and soil mineral nitrogen accumulation

Soil salinity and salt leaching are a risk for sustainable agricultural production in many irrigated areas. This study was conducted over 3.5 years to determine how replacing the usual winter fallow with a cover crop (CC) affects soil salt accumulation and salt leaching in irrigated systems. Treatments studied during the period between summer crops were: barley (Hordeum vulgare L.), vetch (Vicia villosa L.) and fallow. Soil water content was monitored daily to a depth of 1.3 m and used with the numerical model WAVE to calculate drainage. Electrical conductivity (EC) was measured in soil solutions periodically, and in the soil saturated paste extracts before sowing CC and maize. Salt leaching was calculated multiplying drainage by total dissolved salts in the soil solution, and use to obtain a salt balance. Total salt leaching over the four winter fallow periods was 26 Mg ha−1, whereas less than 18 Mg ha−1 in the presence of a CC. Periods of salt gain occurred more often in the CC than in the fallow. By the end of the experiment, net salt losses occurred in all treatments, owing to occasional periods of heavy rainfall. The CC were more prone than the fallow to reduce soil salt accumulation during the early growth stages of the subsequent cash crop.

Criterios para el dimensionamiento de redes de riego robustas frente a cambios en la alternativa de cultivos

En los años 50 y 60 del siglo XX se produjo en Europa un cambio en la concepción de los sistemas de riego, en los cuales se pasó del regadío por superficie al presurizado y con ello del riego por turnos al riego a la demanda. Las ventajas de este nuevo sistema de riego dieron lugar a una gran expansión de las redes colectivas de riego a presión, especialmente en los países del arco mediterráneo y del Sur de Europa (Francia, España, Italia, Portugal y Grecia). Desde entonces el riego presurizado a la demanda ha tenido una evolución permanente, en la que han mejorado los equipos y las técnicas de aplicación del riego, siempre con una clara orientación hacía el incremento de la productividad. Esta evolución unida a los vaivenes de los mercados, al abaratamiento de los transportes y la globalización, y a las subvenciones agrícolas, ha propiciado que las alternativas de cultivos previstas hayan sufrido cambios. El cambio de la alternativa de cultivos hacia otros más exigentes desde el punto de vista de las necesidades hídricas tiene como consecuencia el aumento de los consumos, circunstancia para cual debe estar capacitada la red. Otros fenómenos como el cambio climático, de amplio interés a día de hoy, presentan algunos escenarios en lo que se prevé un incremento de las temperaturas que unido a una reducción en las precipitaciones, supondría también que se elevarían las necesidades de riego de los cultivos. Todas estas circunstancias deben ser contempladas en la redacción de los proyectos de transformación de nuevas zonas regables y en los de modernización de las existentes. Las redes de riego deben estar dimensionadas para poder atender dichos incrementos de consumo. La fortaleza de la red para atender variaciones en las demandas de agua se convierte por tanto en una premisa del proyecto. Dicha fortaleza se puede conseguir de formas diferentes y a costos distintos, puesto que en el proceso de dimensionamiento estadístico de los caudales circulantes en punta de campaña intervienen muchas variables y parámetros de riego. En la presente tesis doctoral se analiza en detalle el estado del arte en la materia, se efectúa un análisis de la función específica y la influencia en el cálculo de cada uno de los parámetros, se establece un procedimiento de actuación que optimice el dimensionamiento de la red colectiva para que ésta disponga de la robustez necesaria para hacer frente a incrementos potenciales de consumo de agua sobre la previsiones de base del proyecto y se establecen los criterios, rangos y combinaciones de parámetros que permiten dotar a la red de la fortaleza necesaria de la manera más eficiente posible. During the 1950s and 1960s the design of irrigation systems in Europe underwent change. Traditional surface irrigation was replaced by pressure irrigation, with the delivery method shifting from a scheduled type to an on-demand one. The advantages obtained with this new system led to a significant development of on-demand pressurised irrigation districts, especially in the Southern countries (France, Greece, Italy, Portugal and Spain). On-demand pressurised irrigation has since evolved in a continuous manner in which, with the purpose of gaining productivity, on-farm equipment and automation instruments have seen improvements. Such developments, along with market fluctuations, reductions in transport costs, globalisation and the influence of agricultural subsidies, have resulted in changes in the crop pattern. The farming of new crops may require more water and the consumption may become greater. In addition to this, other phenomena, such as the frequently-debated effects of climate change, reveal scenarios in which an increase in temperatures and the accompanying reductions in rainfall are expected. One consequence of this would be an increase in irrigation requirements and subsequent impact on irrigation networks. All such circumstances should be taken into account in both the design of new irrigation districts and the upgrading of the existing ones. Irrigation networks should be of a size that allows them to meet increases in consumption. The robustness of the network, defined as its capacity to absorb increments in water requirements, becomes a key point to be taken into account in the design phase. Given that there are several parameters that influence the calculus of design flows, such robustness may be obtained in different ways and at varying costs. In the context of this, the thesis reviews the state of the art, analyses the role and influence of each parameter, establishes a procedure for checking the design and robustness of on-demand irrigation networks, and sets design criteria for selecting the most effective range and combination of parameters that provide the network with such robustness.

Dotación de recursos para los regantes de "El Alamillo"

La Comunidad de Regantes de “El Alamillo”, dedica en la actualidad, gran parte de sus cultivos a tierra de secano, principalmente cereales de invierno, con producciones relativamente bajas, si bien existen algún aprovechamiento de regadío con aguas subterráneas o superficiales que riega alguna otra zona independiente del presente proyecto. En base a ello, la Comunidad tiene interés en incrementar sustancialmente el producto bruto de la explotación mediante la implantación de cultivos frutales, cítricos y olivar, motivo por el cual, se elabora el presente proyecto, que recoge la descripción y desarrollo de las obras necesarias para la puesta en riego de 90 Has de terreno, distribuidas en 50 Has de cítricos y 40 Ha de olivar, para la que se solicita la concesión de una balsa de acumulación de aguas invernales de 377.360,1 m3 de capacidad con punto de captación en el Arroyo Alamillo. La explotación se localiza en la provincia de Sevilla, Término Municipal de Écija, próximo al núcleo urbano de Cañada del Rosal, con orientación noroeste respecto a ésta última, y a la que se accede mediante una vía agropecuaria.

Gestión óptima de embalses en avenidas incorporando al concepto de incertidumbre : aplicación a embalses con central hidroeléctrica

Esta tesis realiza una contribución metodológica al problema de la gestión óptima de embalses hidroeléctricos durante eventos de avenidas, considerando un enfoque estocástico y multiobjetivo. Para ello se propone una metodología de evaluación de estrategias de laminación en un contexto probabilístico y multiobjetivo. Además se desarrolla un entorno dinámico de laminación en tiempo real con pronósticos que combina un modelo de optimización y algoritmos de simulación. Estas herramientas asisten a los gestores de las presas en la toma de decisión respecto de cuál es la operación más adecuada del embalse. Luego de una detallada revisión de la bibliografía, se observó que los trabajos en el ámbito de la gestión óptima de embalses en avenidas utilizan, en general, un número reducido de series de caudales o hidrogramas para caracterizar los posibles escenarios. Limitando el funcionamiento satisfactorio de un modelo determinado a situaciones hidrológicas similares. Por otra parte, la mayoría de estudios disponibles en este ámbito abordan el problema de la laminación en embalses multipropósito durante la temporada de avenidas, con varios meses de duración. Estas características difieren de la realidad de la gestión de embalses en España. Con los avances computacionales en materia de gestión de información en tiempo real, se observó una tendencia a la implementación de herramientas de operación en tiempo real con pronósticos para determinar la operación a corto plazo (involucrando el control de avenidas). La metodología de evaluación de estrategias propuesta en esta tesis se basa en determinar el comportamiento de éstas frente a un espectro de avenidas características de la solicitación hidrológica. Con ese fin, se combina un sistema de evaluación mediante indicadores y un entorno de generación estocástica de avenidas, obteniéndose un sistema implícitamente estocástico. El sistema de evaluación consta de tres etapas: caracterización, síntesis y comparación, a fin de poder manejar la compleja estructura de datos resultante y realizar la evaluación. En la primera etapa se definen variables de caracterización, vinculadas a los aspectos que se quieren evaluar (seguridad de la presa, control de inundaciones, generación de energía, etc.). Estas variables caracterizan el comportamiento del modelo para un aspecto y evento determinado. En la segunda etapa, la información de estas variables se sintetiza en un conjunto de indicadores, lo más reducido posible. Finalmente, la comparación se lleva a cabo a partir de la comparación de esos indicadores, bien sea mediante la agregación de dichos objetivos en un indicador único, o bien mediante la aplicación del criterio de dominancia de Pareto obteniéndose un conjunto de soluciones aptas. Esta metodología se aplicó para calibrar los parámetros de un modelo de optimización de embalse en laminación y su comparación con otra regla de operación, mediante el enfoque por agregación. Luego se amplió la metodología para evaluar y comparar reglas de operación existentes para el control de avenidas en embalses hidroeléctricos, utilizando el criterio de dominancia. La versatilidad de la metodología permite otras aplicaciones, tales como la determinación de niveles o volúmenes de seguridad, o la selección de las dimensiones del aliviadero entre varias alternativas. Por su parte, el entorno dinámico de laminación al presentar un enfoque combinado de optimización-simulación, permite aprovechar las ventajas de ambos tipos de modelos, facilitando la interacción con los operadores de las presas. Se mejoran los resultados respecto de los obtenidos con una regla de operación reactiva, aun cuando los pronósticos se desvían considerablemente del hidrograma real. Esto contribuye a reducir la tan mencionada brecha entre el desarrollo teórico y la aplicación práctica asociada a los modelos de gestión óptima de embalses. This thesis presents a methodological contribution to address the problem about how to operate a hydropower reservoir during floods in order to achieve an optimal management considering a multiobjective and stochastic approach. A methodology is proposed to assess the flood control strategies in a multiobjective and probabilistic framework. Additionally, a dynamic flood control environ was developed for real-time operation, including forecasts. This dynamic platform combines simulation and optimization models. These tools may assist to dam managers in the decision making process, regarding the most appropriate reservoir operation to be implemented. After a detailed review of the bibliography, it was observed that most of the existing studies in the sphere of flood control reservoir operation consider a reduce number of hydrographs to characterize the reservoir inflows. Consequently, the adequate functioning of a certain strategy may be limited to similar hydrologic scenarios. In the other hand, most of the works in this context tackle the problem of multipurpose flood control operation considering the entire flood season, lasting some months. These considerations differ from the real necessity in the Spanish context. The implementation of real-time reservoir operation is gaining popularity due to computational advances and improvements in real-time data management. The methodology proposed in this thesis for assessing the strategies is based on determining their behavior for a wide range of floods, which are representative of the hydrological forcing of the dam. An evaluation algorithm is combined with a stochastic flood generation system to obtain an implicit stochastic analysis framework. The evaluation system consists in three stages: characterizing, synthesizing and comparing, in order to handle the complex structure of results and, finally, conduct the evaluation process. In the first stage some characterization variables are defined. These variables should be related to the different aspects to be evaluated (such as dam safety, flood protection, hydropower, etc.). Each of these variables characterizes the behavior of a certain operating strategy for a given aspect and event. In the second stage this information is synthesized obtaining a reduced group of indicators or objective functions. Finally, the indicators are compared by means of an aggregated approach or by a dominance criterion approach. In the first case, a single optimum solution may be achieved. However in the second case, a set of good solutions is obtained. This methodology was applied for calibrating the parameters of a flood control model and to compare it with other operating policy, using an aggregated method. After that, the methodology was extent to assess and compared some existing hydropower reservoir flood control operation, considering the Pareto approach. The versatility of the method allows many other applications, such as determining the safety levels, defining the spillways characteristics, among others. The dynamic framework for flood control combines optimization and simulation models, exploiting the advantages of both techniques. This facilitates the interaction between dam operators and the model. Improvements are obtained applying this system when compared with a reactive operating policy, even if the forecasts deviate significantly from the observed hydrograph. This approach contributes to reduce the gap between the theoretical development in the field of reservoir management and its practical applications.

Definición y análisis de parámetros del régimen natural de caudales para la clasificación de ríos en hidrorregiones

El objetivo de este trabajo es la obtención de parámetros de Régimen Natural de Caudales (RNC) que permitan su clasificación en Hidrorregiones,siendo estas áreas, regiones que engloban masas de agua tipo río con características homogéneas respecto al régimen de caudales. Se entiende como RNC el que de forma natural circularía por el cauce,en contraposición a otros regímenes, a los que se puede denominar alterados, obtenidos al modificar el régimen natural mediante una regulación y/o detracción directa de caudales desde el cauce.

Recrecimiento de la presa sobre el río Alcollarín

El proyecto desarrollado versa sobre el recrecimiento del actual embalse situado sobre el río Alcollarín, situada la cerrada muy cerca de la zona del cuerpo de la presa. El objetivo de este proyecto es satisfacer la demanda de abastecimiento de agua de la población de Alcollarín y sobre todo para zonas de cultivo cercanas ,debido a la creciente demanda de agua por parte del sector agrícola debido a los periodos de sequía venideros. A parte del abastecimiento, se persiguen otros objetivos de carácter secundario, pero muy importantes que son: 1.-Proporcionar el agua necesaria para que en épocas de estiaje no exista ningún problema de sequía en la zona. 2.-Mantener y potenciar la calidad medioambiental de la zona, por lo que en todo momento se cuidarán los aspectos medioambientales, intentando siempre minimizar la repercusión de la obra en el entorno. 3.-Creación de empleo en la zona durante la construcción y la explotación de la presa. Además del trabajo generado por las industrias usadas para la ejecución de la obra como la central de hormigonado, la extracción en canteras, la central de áridos... 4.-Permitir el crecimiento urbanístico y agrícola proporcionando el agua necesaria.

Presa sobre el río Flumen

En este documento se busca definir la solución que se considere más óptima para construir una presa sobre el río Flumen. El lugar donde se va a construir la presa se encuentra a unos 3 Km. aguas arriba de Huesca, siguiendo el curso del río Flumen. Más concretamente, a 1 Km. aguas arriba de la carretera N-330 que llega al municipio de Fornillos, en el paraje conocido como las “Canteras de Fornillos”. Estriba en la margen derecha en el Montearagón, al noreste de la ciudad de Huesca. Este embalse sobre el río Flumen constituye una pieza fundamental del sistema hidráulico elegido para regar la Hoya de Huesca, teniendo como misión el aprovechamiento del propio río Flumen , servir de almacenamiento de aguas del Gallego y del Isuela, trasvasadas mediante el Canal de Huesca y el abastecimiento de la ciudad de Huesca.

Mejoras en el sistema MOIRA para su aplicación a los emplazamientos nucleares fluviales españoles

Entre las posibles secuelas de un accidente nuclear hay que contar con la contaminación radiactiva a medio y largo plazo de los sistemas acuáticos de agua dulce. Frente a ese problema, es fundamental disponer de una evaluación realista del impacto radiológico, ecológico, social y económico de las posibles estrategias de gestión, para poder adoptar las decisiones más convenientes de forma racional. MOIRA es un sistema de ayuda a la decisión desarrollado en el curso de los Programas Marco Europeos con participación de la UPM, que ha sido mejorado y adaptado a los emplazamientos nucleares españoles en los últimos años en el contexto del Proyecto ISIDRO, patrocinado por el Consejo de Seguridad Nuclear, con la participación del CIEMAT y la UPM. El trabajo se centra en esos avances, principalmente relacionados con los sistemas hidráulicos complejos como los de los ríos Tajo, Ebro y Júcar, en los que se ubican varias centrales nucleares españolas.

Cálculo de cuenca vertiente con ArcGIS

Descripción del módulo hidrológico de Spatial Analysis de ArcGIS 10.

Investigaciones dendrogeomorfológicas aplicadas al estudio de la peligrosidad por avenidas e inundaciones en el parque nacional de la Caldera de Taburiente (La Palma, Islas Canarias)

La red de drenaje del parque nacional de la Caldera de Taburiente (La Palma, Islas Canarias) está constituida por numerosos torrentes tributarios del barranco de Las Angustias, que presentan frecuentes e intensos eventos de avenidas súbitas. Estas riadas han producido incluso víctimas mortales entre practicantes de senderismo (3 fallecidos en noviembre de 2001) e importantes pérdidas económicas al interferir con los proyectos de repoblación de las riberas con especies autóctonas (superiores a los 700.000 euros en los últimos dos años); aparte de daños puntuales a instalaciones del parque y las sendas más transitadas. Ante la imposibilidad de realizar análisis de peligrosidad con métodos hidrológicohidráulicos convencionales por no existir estaciones de aforo representativas ni datos pluviométricos con series largas y discriminación temporal adecuada, se ha recurrido a los métodos dendrogeomorfológicos. Para ello, en dos campañas de campo se han caracterizado geomorfológica y florísticamente varios tramos de los barrancos principales, y se ha muestreado y analizado cerca de 60 ejemplares de pino canario (Pinus canariensis Chr. Sm. ex DC.) ubicados en las proximidades de los cauces. A partir del análisis de la secuencia de anillos y de las heridas de los descortezados producidos por la carga sólida transportada durante las riadas, se ha podido reconstruir el registro reciente (últimos 150 años) de eventos de avenidas súbitas que han sufrido estos barrancos. En paralelo se ha realizado una topografía de detalle de los tramos de barranco que, junto con las alturas de los descortezados, permite tener una primera aproximación hidráulica a la magnitud de dichos eventos (caudales, velocidades, energías?). Con toda esta información se pretende realizar un estudio integral de peligrosidad y riesgo, de utilidad para los gestores del parque nacional. Los estudios son financiados por el proyecto de investigación IDEA-GesPPNN (www.idea-gesppnn.es), del Organismo Autónomo de Parques Nacionales (MAGRAMA)

Decelerated mass loss of Hurd and Johnsons Glaciers, Livingston Island, Antarctic Peninsula

A new 10 year surface mass balance (SMB) record of Hurd and Johnsons Glaciers, Livingston Island, Antarctica, is presented and compared with earlier estimates on the basis of local and regional meteorological conditions and trends.Since Johnsons is a tidewater glacier, we also include a calving flux calculation to estimate its total mass balance. The average annual SMB over the 10 year observation period 2002–11 is –0.15�0.10 m w.e. for Hurd Glacier and 0.05�0.10 m w.e. for Johnsons Glacier. Adding the calving losses to the latter results in a total mass balance of –0.09�0.10 m w.e. There has been a deceleration of the mass losses of these glaciers from 1957–2000 to 2002–11, which have nearly halved for both glaciers. We attribute this decrease in the mass losses to a combination of increased accumulation in the region and decreased melt. The increased accumulation is attributed to larger precipitation associated with the recent deepening of the circumpolar pressure trough, while the melt decrease is associated with lower summer surface temperatures during the past decade.

Radio-echo sounding and ice volume estimates of western Nordenskiöld Land glaciers, Svalbard

As part of ongoing work to obtain a reliable estimate of the total ice volume of Svalbard glaciers and their potential contribution to sea-level rise, we present here volume calculations, with detailed error estimates, for ten glaciers on western Nordenskiöld Land, central Spitsbergen, Svalbard. The volume estimates are based upon a dense net of GPR-retrieved ice thickness data collected over several field campaigns spanning the period 1999-2012. On the basis of the pattern of scattering in theradargrams, we also analyse the hydrothermal structure of these glaciers.