Thresholding Soil Surface Images

Soil erosion is a complex phenomenon involving the detachment and transport of soil particles, storage and runoff of rainwater, and infiltration. The relative magnitude and importance of these processes depends on several factors being one of them surface micro-topography, usually quanti[U+FB01]ed trough soil surface roughness (SSR). SSR greatly affects surface sealing and runoff generation, yet little information is available about the effect of roughness on the spatial distribution of runoff and on flow concentration. The methods commonly used to measure SSR involve measuring point elevation using a pin roughness meter or laser, both of which are labor intensive and expensive. Lately a simple and inexpensive technique based on percentage of shadow in soil surface image has been developed to determine SSR in the field in order to obtain measurement for wide spread application. One of the first steps in this technique is image de-noising and thresholding to estimate the percentage of black pixels in the studied area. In this work, a series of soil surface images have been analyzed applying several de-noising wavelet analysis and thresholding algorithms to study the variation in percentage of shadows and the shadows size distribution

Time Evolution of the Fractal Dimension in Turbulent Plumes

Turbulent mixing is a very important issue in the study of geophysical phenomena because most fluxes arising in geophysics fluids are turbulent. We study turbulent mixing due to convection using a laboratory experimental model with two miscible fluids of different density with an initial top heavy density distribution. The fluids that form the initial unstable stratification are miscible and the turbulence will produce molecular mixing. The denser fluid comes into the lighter fluid layer and it generates several forced plumes which are gravitationally unstable. As the turbulent plumes develop, the denser fluid comes into contact with the lighter fluid layer and the mixing process grows. Their development is caused by the lateral interaction between these plumes at the complex fractal surface between the dense and light fluids

Survey and brain storming studies about machines, constructions, human and environmental risk consideration in the careers of the Universidad Politécnica of Madrid

The Universidad Politécnica of Madrid (UPM) includes schools and faculties that were for engineering degrees, architecture and computer science, that are now in a quick EEES Bolonia Plan metamorphosis getting into degrees, masters and doctorate structures. They are focused towards action in machines, constructions, enterprises, that are subjected to machines, human and environment created risks. These are present in actions such as use loads, wind, snow, waves, flows, earthquakes, forces and effects in machines, vehicles behavior, chemical effects, and other environmental factors including effects of crops, cattle and beasts, forests, and varied essential economic and social disturbances. Emphasis is for authors in this session more about risks of natural origin, such as for hail, winds, snow or waves that are not exactly known a priori, but that are often considered with statistical expected distributions giving extreme values for convenient return periods. These distributions are known from measures in time, statistic of extremes and models about hazard scenarios and about responses of man made constructions or devices. In each engineering field theories were built about hazards scenarios and how to cover for important risks. Engineers must get that the systems they handle, such as vehicles, machines, firms or agro lands or forests, obtain production with enough safety for persons and with decent economic results in spite of risks. For that risks must be considered in planning, in realization and in operation, and safety margins must be taken but at a reasonable cost. That is a small level of risks will often remain, due to limitations in costs or because of due to strange hazards, and maybe they will be covered by insurance in cases such as in transport with cars, ships or aircrafts, in agro for hail, or for fire in houses or in forests. These and other decisions about quality, security for men or about business financial risks are sometimes considered with Decision Theories models, using often tools from Statistics or operational Research. The authors have done and are following field surveys about risk consideration in the careers in UPM, making deep analysis of curricula taking into account the new structures of degrees in the EEES Bolonia Plan, and they have considered the risk structures offered by diverse schools of Decision theories. That gives an aspect of the needs and uses, and recommendations about improving in the teaching about risk, that may include special subjects especially oriented for each career, school or faculty, so as to be recommended to be included into the curricula, including an elaboration and presentation format using a multi-criteria decision model.

Hyperespectral images for the evaluation of the quality of minimally processed vegetables (spinach)

The production of minimally processed vegetables and fruits is an emergent sector, however these processes reduce the useful life of the products. Main preservation techniques such cold storage and modified atmosphere are limited. New treatments are being applied (O3 , UV‐C radiation, biodegradable films…etc.). The sector precise of cheap and fast techniques to evaluate the general quality and the security of the processed products, that constitute a tool of aid to the decision in the implementation of new procedures of packaging and/or treatments. Objectives: To explore hyperspectral imaging for monitoring the evolution of minimally processed leafy vegetables during shelf‐life . To identify and classify deterioration rates of the leaves through Multivariate analysis techniques (PLS‐DA)

El paisaje : diseño de una metodología para su análisis, planificación e inclusión en los procesos de toma de decisiones

Esta tesis se inscribe en el campo de la tecnología, o ciencia aplicada, lo que significa que se elabora con la voluntad de que sus hallazgos puedan ser utilizados para acometer los desafíos con que se enfrenta el paisaje en cuanto recurso, testimonio histórico-cultural y factor ambiental, de importancia creciente para la calidad de vida de los ciudadanos. Se estructura en seis capítulos: El primero describe los objetivos, metodología y los medios utilizados en su elaboración; el segundo se refiere al estado actual de la cuestión que se investiga; el tercero y el cuarto constituyen el centro de la tesis, y presentan el modelo conceptual de paisaje y EL modelo metodológico que se proponen para alcanzar el objetivo de la Tesis; el quinto sintetiza la verificación realizada para dichos modelos; y el sexto contiene las conclusiones. Para definir los objetivos, la tesis considera que el paisaje se comporta como un recurso socioeconómico capaz de generar riqueza y empleo, y que, a pesar de la preocupación legal por su conservación, se encuentra sometido a graves procesos de deterioro; por todo ello ha pasado de ser un tema menor en el territorio, a constituir un elemento de interés primordial. Pero el carácter de percepción subjetiva del paisaje supone una gran dificultad para tratarlo técnicamente en los procesos de toma de decisiones que conducen el desarrollo. Y es precisamente el objetivo de esta tesis resolver esa dificultad, mediante el desarrollo una metodología y de unas técnicas que permitan integrar este recurso en la formulación de políticas, planes, proyectos e instrumentos de gestión. La metodología utilizada en la investigación, ha sido una aplicación del método inducción-deducción, según el cual a partir de la observación de hechos particulares se hacen generalizaciones que luego se aplican a otros hechos particulares, y ello, en ciclos sucesivos, va dotando de solvencia y de solidez a las generalizaciones. Respecto al estado de la cuestión, dada la enorme cantidad de antecedentes sobre el paisaje, el doctorando se ha centrado fundamentalmente en los últimos años, por ser en este tiempo cuando se ha conformado la preocupación y el concepto actual de paisaje, el cual asume que, hermoso o feo, todo el territorio es paisaje, y por tanto el objetivo no debe ser protegerlo, sino planificarlo para gestionarlo. En el tercer capítulo se expone el modelo de paisaje que se propone, para lo que se parte de la siguiente definición de paisaje: Percepción polisensorial y subjetiva de la expresión externa en que se manifiesta el sistema territorial, según la cual el Paisaje implica tanto a lo percibido como a quien lo percibe: debe existir un perceptor para que el paisaje se revele y manifieste. Esto da lugar a un modelo de paisaje organizado en dos grandes componentes: una objetiva, la imagen que proyecta un sistema real (el territorial), determinante del "carácter" del paisaje, a lo que se denomina en esta tesis Base Paisajística, y otra subjetiva, que no es más que la percepción de los observadores, cada uno de los cuales se hace su propia composición del paisaje. En el cuarto capítulo, a partir del modelo de paisaje definido, y teniendo en cuenta el objetivo central de la tesis, se presenta una propuesta metodológica para analizar, diagnosticar y planificar el paisaje. La metodología propuesta se estructura en tres niveles, que se desarrollan consecutivamente: en una primera fase se analizan lo que se ha denominado elementos primarios del paisaje, en una segunda fase se desarrollan los elementos elaborados para el diagnóstico, y en una tercera fase se concretan los elementos de percepción para la decisión, que suponen un último nivel de elaboración que permite insertar el paisaje fácilmente en el instrumento que se elabora. El quinto capítulo se destina a verificar o contrastar el comportamiento y la validez del modelo y la metodología diseñados. Así el modelo ha sido refrendado por la comunidad científica, técnica y la sociedad en general, que ha intervenido en los casos que han servido de base a la tesis, tanto en su elaboración, como en su validación a través de procesos de participación pública. Además los casos que se exponen en este capítulo permiten apreciar cómo el modelo se ha ido desarrollando y mejorando a lo largo de varios años, y cómo es suficientemente flexible para poder aplicarse, con los lógicos ajustes derivados de los objetivos específicos, y de la escala, de cada caso concreto, a la extensa casuística que se plantea en la vida profesional. En el sexto y último capítulo, se incluyen una serie de conclusiones que se han ido extrayendo a lo largo del proceso de elaboración de la tesis, y se identifican aquellos campos de investigación que tal proceso ha abierto.

Comparison of methods for downscaling runoff from regional climate models in Spanish basins

At present there is much literature that refers to the advantages and disadvantages of different methods of statistical and dynamical downscaling of climate variables projected by climate models. Less attention has been paid to other indirect variables, like runoff, which play a significant role in evaluating the impact of climate change on hydrological systems. Runoff presents a much greater bias in climate models than other climate variables, like temperature or precipitation. It is very important to identify the methods that minimize bias while downscaling runoff from the gridded results of climate models to the basin scale

Percolation in soils at Different Bulk Densities: Porosity, Connectivity and Grey Threshold.

To improve percolation modelling on soils the geometrical properties of the pore space must be understood; this includes porosity, particle and pore size distribution and connectivity of the pores. A study was conducted with a soil at different bulk densities based on 3D grey images acquired by X-ray computed tomography. The objective was to analyze the effect in percolation of aspects of pore network geometry and discuss the influence of the grey threshold applied to the images. A model based on random walk algorithms was applied to the images, combining five bulk densities with up to six threshold values per density. This allowed for a dynamical perspective of soil structure in relation to water transport through the inclusion of percolation speed in the analyses. To evaluate separately connectivity and isolate the effect of the grey threshold, a critical value of 35% of porosity was selected for every density. This value was the smallest at which total-percolation walks appeared for the all images of the same porosity and may represent a situation of percolation comparable among bulks densities. This criterion avoided an arbitrary decision in grey thresholds. Besides, a random matrix simulation at 35% of porosity with real images was used to test the existence of pore connectivity as a consequence of a non-random soil structure.

Replacing bare fallow with cover crops in an irrigated cropping system: soil salinity and salt leaching

In irrigated areas where cover crop establishment can be assured, consequent soil or nutrient conservation could increase sustainability of cropping systems. Replacing bare fallow with cover crops may increase sustainability by enhancing soil aggregate stability, water retention capacity or controlling nitrate leaching. Nevertheless, adoption of cover crops increase evapotranspiration and reduce water percolation beyond the root systems; therefore, it could lead to salt accumulation in the upper soil layers. This study was conducted during four years to determine the effect of replacing bare fallow by a cover crop on soil salt accumulation and salt leaching in an irrigated maize production system.

Identificación y caracterización de la ruta mediada por la proteína G heterotrimérica de Arabidopsis thaliana en la respuesta inmune

La resistencia de las plantas a los hongos necrótrofos como Plectosphaerella cucumerina es genéticamente compleja y depende de la activación coordinada de distintas rutas de señalización (Llorente et al, 2005; Sanchez-Vallet et al, 2010). Entre éstas se encuentran las mediadas por la proteína G heterotrimérica, un complejo formado por tres subunidades (Gα, Gβ y Gγ) que regula tanto la respuesta de inmunidad a diferentes patógenos como distintos procesos de desarrollo (Temple and Jones, 2007). En esta Tesis hemos demostrado que, en Arabidopsis, el monómero funcional formado por las subunidades Gβ y Gγ1/Gγ2 es el responsable de la regulación de la respuesta de defensa, ya que mutantes nulos en estas subunidades (agb1 y agg1 agg2) presentan una alta susceptibilidad al hongo P. cucumerina. Además, hemos identificado varios aminoácidos (Q102, T188 y R235) de la proteína AGB1 esenciales en la interacción con los efectores correspondientes para la regulación de la respuesta inmune (Jiang et al, enviado). Para determinar las bases moleculares de la resistencia mediada por la proteína G heterotrimérica, llevamos a cabo un análisis transcriptómico comparativo entre los genotipos agb1 y Col-0, el cual reveló que la resistencia mediada por AGB1 no depende de rutas defensivas implicadas en la resistencia a hongos necrotrofos, como las mediadas por el ácido salicílico (SA), etileno (ET), jasmónico (JA) o ácido abscísico (ABA), o la ruta de biosíntesis de metabolitos derivados del triptófano. Este estudio mostró que un número significativo de los genes desregulados en respuesta a P. cucumerina en el genotipo agb1 respecto a las plantas silvestres codificaban proteínas con funciones relacionadas con la pared celular. La evaluación de la composición y estructura de la pared de los mutantes de las subunidades de la proteína G heterotrimérica reveló que los genotipos agb1 y agg1 agg2 presentaban alteraciones similares diferentes de las observadas en plantas silvestres Col-0, como una reducción significativa en el contenido de xilosa en la pared. Estos datos sugieren que la proteína G heterotrimérica puede modular la composición/estructura de la pared celular y contribuir, de esta manera, en la regulación de la respuesta inmune (Delgado- Cerezo et al, 2011). La caracterización del interactoma de la proteína G heterotrimérica corroboró la relevancia funcional que presenta en la regulación de la pared celular, ya que un número significativo de las interacciones identificadas estaban comprendidas por proteínas relacionadas directa o indirectamente con la biogénesis y remodelación de la pared celular (Klopffleisch et al, 2011). El papel en inmunidad de algunos de estos potenciales efectores ha sido validado mediante el análisis de la resistencia a P. cucumerina de los mutantes de pérdida de función correspondientes. Con el objetivo de caracterizar las rutas de señalización mediadas por AGB1 e identificar efectores implicados en esta señalización, llevamos a cabo una búsqueda de mutantes supresores de la susceptibilidad de agb1 a P. cucumerina, identificándose varios mutantes sgb (supressor of Gbeta). En esta Tesis hemos caracterizado en detalle el mutante sgb10, que presenta una activación constitutiva de las rutas de señalización mediadas por SA y JA+ET y suprime el fenotipo de susceptibilidad de agb1. SGB10 y AGB1 forman parte de rutas independientes en la regulación de la respuesta inmune, mientras que interaccionan de forma compleja en el control de determinados procesos de desarrollo. La mutación sgb10 ha sido cartografiada entre los genes At3g55010 y At3g56408, que incluye una región con 160 genes. ABSTRACT Plant resistance to necrotrophic fungi Plectosphaerella cucumerina is genetically complex and depends on the interplay of different signalling pathways (Llorente et al, 2005; Sanchez-Vallet et al, 2010). Among others, the heterotrimeric G protein complex has a relevant role. The G protein that is formed by three subunits (Gα, Gβ and Gγ) is a pleiotropic regulator of immune responses to different types of pathogens and developmental issues (Temple and Jones, 2007). Throughout the Thesis, we have demonstrated that Arabidopsis’ functional monomer formed by the Gβ and Gγ1/Gγ2 subunits is a key regulator of defense response, as null mutants (agb1 and agg1 agg2) are equally hypersusceptible to P. cucumerina infection. In addition we have identified several AGB1 aminoacids (Q102, T188 y R235) essentials to interact with specific effectors during the regulation of immune response (Jiang et al, sent).To determine the molecular basis of heterotrimeric G protein mediated resistance we have performed a microarray analysis with agb1-1 and wild type Col-0 plants before and after P. cucumerina challenge. A deep and exhaustive comparative transcriptomical analysis of these plants revealed that AGB1 mediated resistance does not rely on salicilic acid (SA), ethylene (ET), jasmonates (JA), abscisic acid (ABA) or triptophan derived metabolites biosynthesis. However the analysis revealed that a significant number of cell wall related genes are misregulated in the agb1 mutant after pathogen challenge when compared to wild-type plants. The analysis of cell wall composition and structure showed similar cell wall alterations between agb1 and agg1 agg2 mutants that are different from those of wild-type plants, so far the mutants present a significant reduction in xylose levels. All these results suggest that heterotrimeric G protein may regulate immune response through modifications in the cell wall composition/structure (Delgado-Cerezo et al, 2011). The characterization of Heterotrimeric G protein interactome revealed highly connected interactions between the G-protein core and proteins involved in cell wall composition or structure (Klopffleisch et al, 2011). To test the role in immunity of several effectors identified above, we have performed resistance analysis of corresponding null mutants against P. cucumerina. In order to characterize AGB1 mediated signalling pathway and identify additional effectors involved in AGB1-mediated immune response against P. cucumerina, we have performed a screening to isolate mutants with suppression of agb1 phenotype. One of the mutants, named sgb10, has been characterized during the Thesis. The mutant shows constitutive expression of SA, JA+ET-mediated defense signaling pathways to suppres agb1 hypersusceptibility. SGB10 and AGB1 proteins seem to be part of independent pathways in immunity, however its function during development remains unclear. At present, we have mapped the sgb10 mutation between At3g55010 and At3g56408 genes. This region contains 160 genes.

Evaluación de la escorrentía media anual obtenida por fórmulas climáticas y modelos regionales de clima

En regiones en las que no se dispone de un modelo hidrológico correctamente calibrado para estimar la escorrentía, se puede recurrir a la utilización de la escorrentía directa simulada por los modelos climáticos o a la escorrentía calculada a partir de fórmulas climatológicas que emplean variables climáticas básicas como la precipitación, temperatura y radiación solar, simuladas por los modelos regionales de clima (MRC). El presente trabajo compara el comportamiento de la escorrentía directa obtenida por 10 simulaciones de los MRC del proyecto europeo PRUDENCE y la escorrentía media anual calculada a partir de la aplicación de cinco fórmulas climatológicas (Schreiber, Ol’dekop, Budyko, Turc-Pike, Zhang et al.) basadas en el índice de aridez, definido por la relación entre la evapotranspiración potencial y la precipitación. Series temporales mensuales de escorrentía, precipitación, temperatura y radiación solar son generadas a partir de las simulaciones de los MRC en 338 cuencas de España que cubren la totalidad del territorio peninsular, bajo condiciones de clima actual (periodo 1961-1990). La evapotranspiración potencial se obtiene usando el método presentado por Hargreaves. Estas formas funcionales estiman la relación entre la evapotranspiración actual y la precipitación y a través de un balance hídrico se calculan los valores de escorrentía anual. El comportamiento general de las variables climáticas simuladas por los MRC se caracteriza por presentar menor sesgo para precipitación y temperatura que para escorrentía. Empleando estadísticos de comparación se analiza la capacidad que tiene la escorrentía directa y la escorrentía anual calculada a partir de las fórmulas climáticas para reproducir los valores observados de escorrentía natural estimada por el modelo hidrológico distribuido SIMPA en las cuencas españolas. En total se generaron 10 series mensuales de escorrentía directa y 50 series de escorrentía anual basadas en el índice de aridez (cada fórmula climática aplicada a las 10 simulaciones de los MRC). Los resultados muestran que la fórmula de Schreiber produce la mejor aproximación a los valores observados y por tanto minimiza el sesgo predominante en la variable escorrentía. Adicionalmente, estos resultados se validan con las capas de escorrentía media anual de alta resolución proporcionada por la UNH/GRDC (University of New Hampshire/Global Runoff Data Centre) que preservan la exactitud de las medidas de las aportaciones observadas en las principales estaciones hidrológicas de todo el mundo, y que en la actualidad es el “mejor estimador” de la escorrentía terrestre sobre grandes extensiones. En este caso, los resultados muestran también que la fórmula de Schreiber estima mejor los valores de escorrentía anual que la escorrentía directa simulada por MRC.

El impacto de las escuelas de campo en la seguridad alimentaria y sostenibilidad de los sistemas campesinos de montaña en San José de Cusmpa (Nicaragua)

Uno de los principales problemas a los que se enfrentan las comunidades rurales en los países en vías de desarrollo en el ámbito agrícola es la falta de acceso a la asistencia técnica y la capacitación entre de los pequeños agricultores. La disponibilidad de alimentos en Nicaragua es el 72% de la media del Suministro de Energía Alimentaria (SEA), aunque en las zonas de montaña esta cifra baja al 65% del SEA nacional. Este trabajo analiza el impacto que las escuelas de campo para agricultores (ECAs) están teniendo sobre la seguridad alimentaria y nutricional, así como su relación con el margen bruto agrario y la diversificación de cultivos y usos del suelo en las comunidades rurales de montaña de San José de Cusmapa. En 2010 se realizaron 80 encuestas semiestructuradas y se midieron indicadores ecológicos, económicos y sociales. La formación y capacitación proporcionada por las ECAs a lo largo del tiempo, ha resultado tener un efecto positivo sobre el incremento de la agrobiodiversidad, que se asociada a una mejora en el suministro de energía y nutrientes en la dieta. También se ha observado un efecto positivo en el margen bruto agrario de las familias en ECAs con más de cuatro años de actividad.

Comparación de dos métodos para la estimación de los daños por sequía en pastos de dehesa / Comparative methods for assessment of dehesa pasture drought insurance in Spain

El Sistema de Seguros Agrarios con el Seguro de cobertura de los daños por sequía en los pastos aprovechados por el ganado en régimen extensivo (línea de seguro 133) aplica la teledetección mediante un índice de vegetación (NDVI), con el fin de solucionar los problemas de peritación que surgen cuando se tiene que determinar la cantidad y calidad del pasto afectado por la sequía. Por ello el seguro de cobertura de los daños por sequía en pastos es el principal instrumento para hacer frente al gasto que supone la necesidad de suplemento de alimentación del ganado reproductor debido a la sequía. En las comarcas de Vitigudino, Trujillo y Valle de los Pedroches (España) se comparó la evolución del seguro de sequía en pastos desde 2006 a 2010 con un modelo matemático de crecimiento del pasto en función de las variables ecofisiológicas y ambientales. Sumadas las decenas de sequía extrema y sequía leve, el modelo matemático contabilizó un número mayor de decenas que las proporcionadas por Agroseguro. La recomendación es comparar las curvas de crecimiento del pasto con las curvas de evolución del NDVI, para ajustar ambos modelos

Caracterizacion de la sequia en pastos anuales en Dehesas / Characterization of pasture drought in dehesas of Spain

La sequía es un término meteorológico que significa un periodo seco prolongado. El objetivo de este trabajo es caracterizar el fenómeno estacional de la sequía en pastos anuales de dehesa. Durante 2010 y 2011 se realizó un seguimiento del pasto herbáceo en El Cubo de Don Sancho (Salamanca), Trujillo (Cáceres) y Pozoblanco (Córdoba). Se midió la producción herbácea y se caracterizó botánicamente cada zona, además se midió mensualmente la variación del contenido de agua en el suelo mediante un TDR y la precipitación. Los datos de campo de precipitación, humedad del suelo y cantidad de pasto en pie, y los datos estimados de evaporación se han comparado con la evolución del índice de vegetación para seguros de sequía por teledetección determinado por Agroseguro. Los resultados mostraron un retardo entre la acumulación de agua en el suelo y el crecimiento del pasto, que se transfiere a las medidas del índice de vegetación por teledetección. En los dos años de estudio los periodos de sequía sucedieron al inicio de crecimiento, justo después de la sequía estacional típica del verano.

The Extended Water Footprint and illegal groundwater use in the Upper Guadiana Basin (Spain)

Tablas de Daimiel National Park is located in the Upper Guadiana Basin and represents one of the largest and most important wetlands in Europe. The long term ecological integrity of this wetland is inherently associated with the maintenance of a shallow groundwater table, namely the Western Mancha aquifer (WMA) or Aquifer 23. The intensive use of groundwater, mainly for irrigation, has led over the last decades to deep socio‐economic changes. Such intensive use has also lowered the water table of Aquifer 23, drastically reducing the flooded area of the wetland and threatening its ecological integrity. A number of plans and measures have been developed and implemented since the declaration of overexploitation of Aquifer 23 in the year 1987. The most recent one is the Special Plan for the Upper Guadiana (SPUG), approved in 2008. This Plan is the main measure to comply with achieving the objective of good quantitative and qualitative status required under the Water Framework Directive (2000). This paper offers a new type of integrated analysis which allows assessing under a common lens the physical, economic and social dimensions of groundwater use in the area. The first objective is to calculate the groundwater footprint of agricultural production in the Upper Guadiana basin and its evolution during 2000‐2008. For this purpose, we have applied the Extended Water Footprint (EWF) methodology ‐a novel approach based on the classical Water Footprint (WF) approach‐ that includes an assessment of the water productivity from an economic and social perspective. Compared to the classical WF, the EWF allows for a more complete overview of the sector, providing new insights for policy decisions (e.g. to define options and possibilities on water re‐allocation in order to achieve both better ecosystem conservation and social equity). The second objective is to use the EWF to compare the existing authorized and non‐authorized or illegal use of water. This allows us to discuss current initiatives by public authorities in relation to the existing frame of water rights

Balancing groundwater conservation and rural livelihoods under water and climate uncertainties: An integrated hydro-economic modeling framework

In arid countries worldwide, social conflicts between irrigation-based human development and the conservation of aquatic ecosystems are widespread and attract many public debates. This research focuses on the analysis of water and agricultural policies aimed at conserving groundwater resources and maintaining rurallivelihoods in a basin in Spain's central arid region. Intensive groundwater mining for irrigation has caused overexploitation of the basin's large aquifer, the degradation of reputed wetlands and has given rise to notable social conflicts over the years. With the aim of tackling the multifaceted socio-ecological interactions of complex water systems, the methodology used in this study consists in a novel integration into a common platform of an economic optimization model and a hydrology model WEAP (Water Evaluation And Planning system). This robust tool is used to analyze the spatial and temporal effects of different water and agricultural policies under different climate scenarios. It permits the prediction of different climate and policy outcomes across farm types (water stress impacts and adaptation), at basin's level (aquifer recovery), and along the policies’ implementation horizon (short and long run). Results show that the region's current quota-based water policies may contribute to reduce water consumption in the farms but will not be able to recover the aquifer and will inflict income losses to the rural communities. This situation would worsen in case of drought. Economies of scale and technology are evidenced as larger farms with cropping diversification and those equipped with modern irrigation will better adapt to water stress conditions. However, the long-term sustainability of the aquifer and the maintenance of rurallivelihoods will be attained only if additional policy measures are put in place such as the control of illegal abstractions and the establishing of a water bank. Within the policy domain, the research contributes to the new sustainable development strategy of the EU by concluding that, in water-scarce regions, effective integration of water and agricultural policies is essential for achieving the water protection objectives of the EU policies. Therefore, the design and enforcement of well-balanced region-specific polices is a major task faced by policy makers for achieving successful water management that will ensure nature protection and human development at tolerable social costs. From a methodological perspective, this research initiative contributes to better address hydrological questions as well as economic and social issues in complex water and human systems. Its integrated vision provides a valuable illustration to inform water policy and management decisions within contexts of water-related conflicts worldwide.