Contribució al coneixement de variables geoambientals en l'àmbit de la Costa Brava (Girona)

La tesi doctoral desenvolupada, emmarcada dins del camp de les Ciències Ambientals, aplica la Geologia Ambiental orientada al coneixement dels processos i recursos geològics de cara a la planificació i a l'ordenació del territori. Com a zona d'estudi s'ha seleccionat la Costa Brava meridional, concretament tota l'àrea litoral compresa per les conques hidrogràfiques de l'Aubi, riera de Calonge, Ridaura, riera de Tossa i riera de Lloret (75 km de línia de costa i una extensió de 291 km2). Aquest treball, amb l'aptitud integradora dels conceptes i mètodes propis de les Ciències Geològiques i Ambientals, s'ha proposat com a objectius globals l'anàlisi de la qualitat i del comportament físic i químic dels materials terrestres en front les accions humanes i de la seva utilització com a recursos; l'estudi dels processos naturals i de la influència que puguin tenir sobre l'home o bé els efectes que aquest pot causar sobre aquells, i per últim, com a derivació dels anteriors, el disseny i aplicació d'instruments de tipus preventiu en la gestió del territori; és a dir, la planificació dels usos del territori. Amb la filosofia de recerca basada en que els factor geològics són uns elements d'ajuda per a la visió integral d'un territori, s'han estudiat diferents variables geoambientals procurant traduir el coneixement del medi en informació apta per a la presa de decisions sobre l'ús i preservació d'aquest àmbit litoral. Els Sistemes d'Informació Geogràfica (SIG) han estat clau per a la visió sistèmica del territori, per a la integració de les diferents variables geoambientals, així com per a la producció cartogràfica temàtica i final. Pel que fa als processos geològics, lligats a la dinàmica fluviotorrencial, s'han cartografiat les principals àrees d'actuació així com analitzat els factors que inicien, afavoreixen o magnifiquen la seva ocurrència. S'han estudiat les accions denudatives, els processos de transport-sedimentació i amb l'estudi integrat d'aquests processos i formes resultants s'han identificat unitats territorials caracteritzades per un comportament geomòrfic uniforme. En quant a l'anàlisi dels recursos geològics s'ha aprofundit en el coneixement dels recursos hídrics subterranis, les roques industrials i els georecursos litorals. Pel que fa als primers s'ha centrat en la delimitació de les principals unitats i subunitats aqüíferes, així com en acotar les geometries i principals característiques hidràuliques. Pel que fa als àrids i roques de construcció l'objectiu fonamental ha estat la delimitació cartogràfica d'aquells materials que per les seves propietats fisicoquímiques són potencialment aptes per als usos indicats. Finalment s'ha fet una recerca orientada a l'estudi de factors que limiten o condicionen el potencial geoturístic d'aquesta àrea litoral, concretament en els penya-segats i les platges. Les principals aportacions d'aquesta tesi doctoral es poden emmarcar en l'àmbit regional i fenomenològic, aspectes clau en la gestió i planificació territorial. Pel que fa al primer, destaquem l'aportació de dades geoambientals a nivell cartogràfic en relació a variables litoestructurals, de processos dinàmics com de recursos geològics. Des del punt de vista de l'àmbit fenomenològic destaquem la interacció de les variables estudiades a nivell de conca hidrogràfica, com són, entre d'altres, les relacions existents entre les diferents formacions aqüíferes; la possible participació de les aigües subterrànies en la resposta hidrològica del sistema fluviotorrencial, o la problemàtica derivada de l'antropització de la sorra de la platja com a conseqüència d'abocaments de terres i residus inerts als marges de les rieres.

Desenvolupament d'un sistema de suport a la decisió ambiental per a la gestió de les infraestructures hidràuliques, amb l'objectiu de garantir la qualitat de l'aigua a la Conca del Besòs

Aquesta tesi presenta un projecte de gestió integral d'infraestructures hidràuliques de sanejament a la Conca del riu Besòs. S'han considerat dos sistemes de sanejament (La Garriga i Granollers) amb les seves respectives xarxes de clavegueram i Estacions Depuradores d'Aigües Residuals (EDAR), i un tram del riu Congost, afluent del Besòs, com a medi receptor de les seves aigües residuals. Amb aquesta finalitat es construeix i s'utilitza un Sistema de Suport a la Decisió Ambiental (SSDA). Aquesta eina incorpora l'ús de models de simulació de qualitat de l'aigua pels sistemes de clavegueram, EDAR i riu, com a forma d'extracció de coneixement sobre la gestió integrada d'aquests elements. Aquest coneixement es conceptualitza, posteriorment, en forma d'arbres de decisió, que proporcionaran a l'usuari les actuacions a realitzar davant de les diferents situacions reals de gestió diària.

Developing a desertification indicator system for a small Mediterranean catchment: a case study from the Serra de Rodes, Alt Empordà, Catalunya, NE Spain

La desertificació és un problema de degradació de sòls de gran importància en regions àrides, semi-àrides i sub-humides, amb serioses conseqüències ambientals, socials i econòmiques com a resultat de l'impacte d'activitats humanes en combinació amb condicions físiques i medi ambientals desfavorables (UNEP, 1994). L'objectiu principal d'aquesta tesi va ser el desenvolupament d'una metodologia simple per tal de poder avaluar de forma precisa l'estat i l'evolució de la desertificació a escala local, a través de la creació d'un model anomenat sistema d'indicators de desertificació (DIS). En aquest mateix context, un dels dos objectius específics d'aquesta recerca es va centrar en l'estudi dels factors més importants de degradació de sòls a escala de parcel.la, comportant un extens treball de camp, analisi de laboratori i la corresponent interpretació i discussió dels resultats obtinguts. El segon objectiu específic es va basar en el desenvolupament i aplicació del DIS. L'àrea d'estudi seleccionada va ser la conca de la Serra de Rodes, un ambient típic Mediterràni inclòs en el Parc Natural del Cap de Creus, NE Espanya, el qual ha estat progressivament abandonat pels agricultors durant el segle passat. Actualment, els incendis forestals així com el canvi d'ús del sòl i especialment l'abandonament de terres són considerats els problemes ambientals més importants a l'àrea d'estudi (Dunjó et al., 2003). En primer lloc, es va realitzar l'estudi dels processos i causes de la degradació dels sòls a l'àrea d'interés. En base a aquest coneixement, es va dur a terme la identificació i selecció dels indicadors de desertificació més rellevants. Finalment, els indicadors de desertificació seleccionats a escala de conca, incloent l'erosió del sòl i l'escolament superficial, es van integrar en un model espaial de procés. Ja que el sòl és considerat el principal indicador dels processos d'erosió, segons la FAO/UNEP/UNESCO (1979), tant el paisatge original així com els dos escenaris d'ús del sòl desenvolupats, un centrat en el cas hipotétic del pas d'un incendi forestal, i l'altre un paisatge completament cultivat, poden ser ambients classificats sota baixa o moderada degradació. En comparació amb l'escenari original, els dos escenaris creats van revelar uns valors més elevats d'erosió i escolament superficial, i en particular l'escenari cultivat. Per tant, aquests dos hipotètic escenaris no semblen ser una alternativa sostenible vàlida als processos de degradació que es donen a l'àrea d'estudi. No obstant, un ampli ventall d'escenaris alternatius poden ser desenvolupats amb el DIS, tinguent en compte les polítiques d'especial interés per la regió de manera que puguin contribuir a determinar les conseqüències potencials de desertificació derivades d'aquestes polítiques aplicades en aquest escenari tan complexe espaialment. En conclusió, el model desenvolupat sembla ser un sistema força acurat per la identificació de riscs presents i futurs, així com per programar efectivament mesures per combatre la desertificació a escala de conca. No obstant, aquesta primera versió del model presenta varies limitacions i la necessitat de realitzar més recerca en cas de voler desenvolupar una versió futura i millor del DIS.

La gran obra hidràulica a les conques de la Muga i del Fluvià: dels projectes a les realitzacions (1850-1980)

La tesi aborda, des d'una perspectiva territorial i històrica, el paper que han jugat les grans infraestructures hidràuliques en dues conques fluvials mediterrànies catalanes: la Muga i el Fluvià (província de Girona). Així, s'efectua una reconstrucció retrospectiva del conjunt de projectes de gran obra hidràulica (preses, embassaments, canals complementaris) que, als últims 150 anys, han estat ideats i, en el seu cas executats, a ambdues conques. En aquest procés s'atorga una atenció especial a les justificacions, finalitats, discursos i agents socials que han inspirat la seva concepció i les causes que han conduït al seu èxit o al seu fracàs. Tot plegat es contextualitza dins dels plans, les polítiques i la legislació hidràulica estatals. L'elecció de dos rius veïns proporciona clars elements per a establir una anàlisi evolutiva comparada entre ells. Aquí s'afegirà la influencia del proper riu Ter des del moment en que es decideix l'abastament parcial amb els seus cabals a Barcelona.

Response of the benthic macroinvertebrate community to a point source in La Tordera stream (Catalonia, NE Spain)

Vam monitoritzar paràmetres físics i químics, macroinvertebrats bentònics, clorofil·la a, productors primaris i matèria orgànica durant un any (2001-2002) per examinar els efectes d'una font puntual sobre la composició taxonòmica, la estructura de la comunitat, l'organització funcional, la utilització de l'habitat i la estoquiometria al riu la Tordera (Catalunya). Aigües avall de la font puntual, concentració de nutrients, cabal i conductivitat eren majors que al tram d'aigües amunt, mentre que oxigen dissolt era menor. La densitat de macroinvertebrats era més elevada al tram d'aigües avall però la biomassa era similar als dos trams. La riquesa taxonòmica al tram de dalt era un 20% més alt que al tram de baix. Els anàlisis d'ordenació separen clarament els dos trams en el primer eix, mentre que els dos trams presentaven una pauta temporal similar en el segon eix. La similaritat entre els dos trams en composició taxonòmica, densitats i biomasses després de les crescudes d'abril i maig de 2002, indiquen que les pertorbacions del cabal poden actuar com a un mecanisme de reinici de la comunitat bentònica i jugar un paper important per a la restauració d'ecosistemes fluvials. Els dos trams presentaven una biomassa de perifiton, plantes vasculars, CPOM i FPOM similars, mentre que clorofil·la a, algues filamentoses, molses i SPOM eren majors al tram d'aigües avall. La densitat relativa de trituradors era menor sota la font puntual mentre que col·lectors i filtradors van ser afavorits. La biomassa relativa de trituradors també era menor sota la font puntual, però la biomassa de col·lectors i depredadors va augmentar. Les relacions entre densitat de grups tròfics i els seus recursos eren rarament significatives. La relació s'explicava millor amb la biomassa de macroinvertebrats. Els dos trams compartien la mateixa relació per raspadors, col·lectors i filtradors però no per trituradors i depredadors. La densitat i la biomassa de macroinvertebrats es trobaven positivament correlacionades amb la quantitat de recursos tròfics i la complexitat d'habitat, mentre que la riquesa taxonòmica es trobava negativament relacionada amb paràmetres hidràulics. La influència dels substrats inorgànics prenia menor rellevància per a la distribució dels macroinvertebrats. Els anàlisis d'ordenació mostren com les variables del microhabitat de major rellevància eren CPOM, clorofil·la a, algues filamentoses i velocitat. La cobertura de sorra només era significativa per al tram d'aigües amunt i les molses, al d'aigües avall. El número de correlacions significatives entre macroinvertebrats i les variables del microhabitat era més elevat per al tram de dalt que per al de baix, bàsicament per diferències en composició taxonòmica. La biomassa de macroinvertebrats va aportar una informació semblant a la obtinguda per la densitat. Perifiton i molses tenien uns continguts de nutrients similars en els dos trams. Els %C i %N d'algues filamentoses també eren similars en els dos trams però el %P sota la font puntual era el doble que al tram de dalt. Les relacions estoquiomètriques en CPOM, FPOM i SPOM eren considerablement menors sota la font puntual. Els continguts elementals i relacions van ser molt variables entre taxons de macroinvertebrats però no van resultar significativament diferents entre els dos trams. Dípters, tricòpters i efemeròpters presentaven una estoquiometria similar, mentre que el C i el N eren inferiors en moluscs i el P en coleòpters. Els depredadors presentaven un contingut en C i N més elevat que la resta de grups tròfics, mentre que el P era major en els filtradors. Els desequilibris elementals entre consumidors i recursos eren menors en el tram d'aigües avall. A la tardor i l'hivern la major font de nutrients va ser la BOM mentre que a la primavera i a l'estiu va ser el perifiton.

Requalificação Urbana e Infraestruturas Hidráulicas

This article focuses on issues of planning that arise in S Vicente Island and in particular in the city of MindeloWe consider issues of urban regeneration and the inventory of solutions within the general scope of hydraulic options solutions for an appropriate response to the serious problems caused by floods in Mindelo, which occur at times of heavy rainfall.

Using airborne laser altimetry to improve river flood extents delineated from SAR data

Flood extent maps derived from SAR images are a useful source of data for validating hydraulic models of river flood flow. The accuracy of such maps is reduced by a number of factors, including changes in returns from the water surface caused by different meteorological conditions and the presence of emergent vegetation. The paper describes how improved accuracy can be achieved by modifying an existing flood extent delineation algorithm to use airborne laser altimetry (LiDAR) as well as SAR data. The LiDAR data provide an additional constraint that waterline (land-water boundary) heights should vary smoothly along the flooded reach. The method was tested on a SAR image of a flood for which contemporaneous aerial photography existed, together with LiDAR data of the un-flooded reach. Waterline heights of the SAR flood extent conditioned on both SAR and LiDAR data matched the corresponding heights from the aerial photo waterline significantly more closely than those from the SAR flood extent conditioned only on SAR data.

Modelling the hydraulics of the Carlisle 2005 flood event

The performance of a 2D numerical model of flood hydraulics is tested for a major event in Carlisle, UK, in 2005. This event is associated with a unique data set, with GPS surveyed wrack lines and flood extent surveyed 3 weeks after the flood. The Simple Finite Volume (SFV) model is used to solve the 2D Saint-Venant equations over an unstructured mesh of 30000 elements representing channel and floodplain, and allowing detailed hydraulics of flow around bridge piers and other influential features to be represented. The SFV model is also used to corroborate flows recorded for the event at two gauging stations. Calibration of Manning's n is performed with a two stage strategy, with channel values determined by calibration of the gauging station models, and floodplain values determined by optimising the fit between model results and observed water levels and flood extent for the 2005 event. RMS error for the calibrated model compared with surveyed water levels is ~±0.4m, the same order of magnitude as the estimated error in the survey data. The study demonstrates the ability of unstructured mesh hydraulic models to represent important hydraulic processes across a range of scales, with potential applications to flood risk management.

A preliminary investigation of the release of oil from contaminated clays and other fine-grained sediments during consolidation

Fine-grained sediments on land, or in a freshwater or marine environment, may become contaminated with a wide range of pollutants including hydrocarbons. This paper is concerned with preliminary studies of the mobilization and transportation of hydrocarbons, during the process of consolidation, to adjacent sediments or water bodies. A modified Rowe Cell was used to measure the consolidation properties of prepared kaolinite and bentonite clay-water slurries, with and without the addition of oil, along with hydrocarbon-bearing drill-cuttings samples taken from the sea-bed adjacent to two North Sea oil-well platforms. The consolidation properties of the kaolinite and bentonite clay slurries were little altered by the addition of oil, which was present at concentrations of between 8073 and 59 572 mg kg(-1). During each consolidation stage, samples of the expelled pore-fluids were collected and analysed for oil content. These values were very low in comparison with the original oil concentration in the samples and changed little between each consolidation stage. Analysis of the slurry samples both before and after consolidation confirms that, proportionally, little oil is removed as a result of consolidation. The implication of these results is that, for the range of samples tested, the very high hydraulic gradients and particle rearrangements that occur during the process of consolidation are capable of releasing only proportionally small amounts of oil bound to the fine-grained clay and silt particles.

An eclectic morphostratigraphic model for the sedimentary response to Holocene sea-level rise in northwest Europe

The improved empirical understanding of silt facies in Holocene coastal sequences provided by such as diatom, foraminifera, ostracode and testate amoebae analysis, combined with insights from quantitative stratigraphic and hydraulic simulations, has led to an inclusive, integrated model for the palaeogeomorphology, stratigraphy, lithofacies and biofacies of northwest European Holocene coastal lowlands in relation to sea-level behaviour. The model covers two general circumstances and is empirically supported by a range of field studies in the Holocene deposits of a number of British estuaries, particularly, the Severn. Where deposition was continuous over periods of centuries to millennia, and sea level fluctuated about a rising trend, the succession consists of repeated cycles of silt and peat lithofacies and biofacies in which series of transgressive overlaps (submergence sequences) alternate with series of regressive overlaps (emergence sequences) in association with the waxing and waning of tidal creek networks. Environmental and sea-level change are closely coupled, and equilibrium and secular pattern is of the kind represented ideally by a closed limit cycle. In the second circumstance, characteristic of unstable wetland shores and generally affecting smaller areas, coastal erosion ensures that episodes of deposition in the high intertidal zone last no more than a few centuries. The typical response is a series of regressive overlaps (emergence sequence) in erosively based high mudflat and salt-marsh silts that record, commonly as annual banding, exceptionally high deposition rates and a state of strong disequilibrium. Environmental change, including creek development, and sea-level movement are uncoupled. Only if deposition proceeds for a sufficiently long period, so that marshes mature, are equilibrium and close coupling regained. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

An ichnofabric approach to the depositional interpretation of the intensely burrowed Bateig Limestone, Miocene, SE Spain

The foraminiferal-rich pelagic Bateig Limestone forms several varieties of the important building stones quarried at Bateig Hill in southeastern Spain. Three principal ichnofabrics (Bichordites, mottled-Palaeophycus and mottled-Ophiomorpha) are recognized, which are present in at least two (possibly up to four) repeated successions (cycles). Each succession begins with an erosional event. The Bichordites ichnofabric represents a new type of facies, formed as thin turbidity/grain flow, stratiform units derived from sediment slips off a fault into deep water. Each slipped unit became almost completely bioturbated by infaunal echinoids, colonizing by lateral migration. Because of the thinness of the units, successive colonizations tended to truncate the underlying burrows giving rise to a pseudo-stratification. As the Bichordites ichnofabric accumulated on the fault apron, thus reducing the effective height of the fault scarp, the substrate gradually came under the influence of currents traversing the shelf. This led to a change in hydraulic regime, and to the mottled-Palaeophycus and mottled-Ophiomorpha ichnofabrics in sediment deposited under bed load transport, and associated with laminar and cross-stratified beds and local muddy intervals. Reactivation of the fault triggered erosion and channeling and a return to grain flow sedimentation, and to the Bichordites ichnofabric of the succeeding cycle. The highest unit of the Bateig Limestone is formed entirely of cross-stratified calcarenites with occasional Ophiomorpha (Ophiomorpha-primary lamination ichnofabric) and is similar to many shallow marine facies but they still bear a significant content of pelagic foraminifera. The sedimentary setting bears resemblance with that described for the Pleistocene Monte Torre Paleostrait and the modem Strait of Messina (Italy), where the narrow morphology of the depositional area enhanced tidal currents and allowed for high-energy sandy deposition in relatively deep areas. More data on the Miocene paleogeography of the Bateig area should provide further testing for this hypothesis. The ichnofacies and stacking of the Bateig Limestone differ from the classic Seilacherian model in that they reflect changes in hydraulic process and are associated with faulting and subsidence and changes in sediment supply. Recognition of the unusual ichnofabrics and their relationships provides a clear indication of the overall dynamic setting. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Monitoring and modelling the three-dimensional flow of water under drip irrigation

The interpretation of soil water dynamics under drip irrigation systems is relevant for crop production as well as on water use and management. In this study a three-dimensional representation of the flow of water under drip irrigation is presented. The work includes analysis of the water balance at point scale as well as area-average, exploring uncertainties in water balance estimations depending on the number of locations sampled. The water flow was monitored by detailed profile water content measurements before irrigation, after irrigation and 24 h later with a dense array of soil moisture access tubes radially distributed around selected drippers. The objective was to develop a methodology that could be used on selected occasions to obtain 'snap shots' of the detailed three-dimensional patterns of soil moisture. Such patterns are likely to be very complex, as spatial variability will be induced for a number of reasons, such as strong horizontal gradients in soil moisture, variations between individual sources in the amount of water applied and spatial variability is soil hydraulic properties. Results are compared with a widely used numerical model, Hydrus-2D. The observed dynamic of the water content distribution is in good agreement with model simulations, although some discrepancies concerning the horizontal distribution of the irrigation bulb are noted due to soil heterogeneity. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Modelling the growth and movement of cyanobacteria in river systems

Bloom-forming and toxin-producing cyanobacteria remain a persistent nuisance across the world. Modelling of cyanobacteria in freshwaters is an important tool for understanding their population dynamics and predicting the location and timing of the bloom events in lakes and rivers. In this article, a new deterministic model is introduced which simulates the growth and movement of cyanobacterial blooms in river systems. The model focuses on the mathematical description of the bloom formation, vertical migration and lateral transport of colonies within river environments by taking into account the four major factors that affect the cyanobacterial bloom formation in freshwaters: light, nutrients, temperature and river flow. The model consists of two sub-models: a vertical migration model with respect to growth of cyanobacteria in relation to light, nutrients and temperature; and a hydraulic model to simulate the horizontal movement of the bloom. This article presents the model algorithms and highlights some important model results. The effects of nutrient limitation, varying illumination and river flow characteristics on cyanobacterial movement are simulated. The results indicate that under high light intensities and in nutrient-rich waters colonies sink further as a result of carbohydrate accumulation in the cells. In turbulent environments, vertical migration is retarded by vertical velocity component generated by turbulent shear stress. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

A comparison of cross-hole electrical and seismic data in fractured rock

Cross-hole anisotropic electrical and seismic tomograms of fractured metamorphic rock have been obtained at a test site where extensive hydrological data were available. A strong correlation between electrical resistivity anisotropy and seismic compressional-wave velocity anisotropy has been observed. Analysis of core samples from the site reveal that the shale-rich rocks have fabric-related average velocity anisotropy of between 10% and 30%. The cross-hole seismic data are consistent with these values, indicating that observed anisotropy might be principally due to the inherent rock fabric rather than to the aligned sets of open fractures. One region with velocity anisotropy greater than 30% has been modelled as aligned open fractures within an anisotropic rock matrix and this model is consistent with available fracture density and hydraulic transmissivity data from the boreholes and the cross-hole resistivity tomography data. However, in general the study highlights the uncertainties that can arise, due to the relative influence of rock fabric and fluid-filled fractures, when using geophysical techniques for hydrological investigations.