An Intercomparison of Modelling Approaches for Simulating the Atmospheric Dispersion of Ammonia Emitted by Agricultural Sources

RESUMEN La dispersión del amoniaco (NH3) emitido por fuentes agrícolas en medias distancias, y su posterior deposición en el suelo y la vegetación, pueden llevar a la degradación de ecosistemas vulnerables y a la acidificación de los suelos. La deposición de NH3 suele ser mayor junto a la fuente emisora, por lo que los impactos negativos de dichas emisiones son generalmente mayores en esas zonas. Bajo la legislación comunitaria, varios estados miembros emplean modelos de dispersión inversa para estimar los impactos de las emisiones en las proximidades de las zonas naturales de especial conservación. Una revisión reciente de métodos para evaluar impactos de NH3 en distancias medias recomendaba la comparación de diferentes modelos para identificar diferencias importantes entre los métodos empleados por los distintos países de la UE. En base a esta recomendación, esta tesis doctoral compara y evalúa las predicciones de las concentraciones atmosféricas de NH3 de varios modelos bajo condiciones, tanto reales como hipotéticas, que plantean un potencial impacto sobre ecosistemas (incluidos aquellos bajo condiciones de clima Mediterráneo). En este sentido, se procedió además a la comparación y evaluación de varias técnicas de modelización inversa para inferir emisiones de NH3. Finalmente, se ha desarrollado un modelo matemático simple para calcular las concentraciones de NH3 y la velocidad de deposición de NH3 en ecosistemas vulnerables cercanos a una fuente emisora. La comparativa de modelos supuso la evaluación de cuatro modelos de dispersión (ADMS 4.1; AERMOD v07026; OPS-st v3.0.3 y LADD v2010) en un amplio rango de casos hipotéticos (dispersión de NH3 procedente de distintos tipos de fuentes agrícolas de emisión). La menor diferencia entre las concentraciones medias estimadas por los distintos modelos se obtuvo para escenarios simples. La convergencia entre las predicciones de los modelos fue mínima para el escenario relativo a la dispersión de NH3 procedente de un establo ventilado mecánicamente. En este caso, el modelo ADMS predijo concentraciones significativamente menores que los otros modelos. Una explicación de estas diferencias podríamos encontrarla en la interacción de diferentes “penachos” y “capas límite” durante el proceso de parametrización. Los cuatro modelos de dispersión fueron empleados para dos casos reales de dispersión de NH3: una granja de cerdos en Falster (Dinamarca) y otra en Carolina del Norte (EEUU). Las concentraciones medias anuales estimadas por los modelos fueron similares para el caso americano (emisión de granjas ventiladas de forma natural y balsa de purines). La comparación de las predicciones de los modelos con concentraciones medias anuales medidas in situ, así como la aplicación de los criterios establecidos para la aceptación estadística de los modelos, permitió concluir que los cuatro modelos se comportaron aceptablemente para este escenario. No ocurrió lo mismo en el caso danés (nave ventilada mecánicamente), en donde el modelo LADD no dio buenos resultados debido a la ausencia de procesos de “sobreelevacion de penacho” (plume-rise). Los modelos de dispersión dan a menudo pobres resultados en condiciones de baja velocidad de viento debido a que la teoría de dispersión en la que se basan no es aplicable en estas condiciones. En situaciones de frecuente descenso en la velocidad del viento, la actual guía de modelización propone usar un modelo que sea eficaz bajo dichas condiciones, máxime cuando se realice una valoración que tenga como objeto establecer una política de regularización. Esto puede no ser siempre posible debido a datos meteorológicos insuficientes, en cuyo caso la única opción sería utilizar un modelo más común, como la versión avanzada de los modelos Gausianos ADMS o AERMOD. Con el objetivo de evaluar la idoneidad de estos modelos para condiciones de bajas velocidades de viento, ambos modelos fueron utilizados en un caso con condiciones Mediterráneas. Lo que supone sucesivos periodos de baja velocidad del viento. El estudio se centró en la dispersión de NH3 procedente de una granja de cerdos en Segovia (España central). Para ello la concentración de NH3 media mensual fue medida en 21 localizaciones en torno a la granja. Se realizaron también medidas de concentración de alta resolución en una única localización durante una campaña de una semana. En este caso, se evaluaron dos estrategias para mejorar la respuesta del modelo ante bajas velocidades del viento. La primera se basó en “no zero wind” (NZW), que sustituyó periodos de calma con el mínimo límite de velocidad del viento y “accumulated calm emissions” (ACE), que forzaban al modelo a calcular las emisiones totales en un periodo de calma y la siguiente hora de no-calma. Debido a las importantes incertidumbres en los datos de entrada del modelo (inputs) (tasa de emisión de NH3, velocidad de salida de la fuente, parámetros de la capa límite, etc.), se utilizó el mismo caso para evaluar la incertidumbre en la predicción del modelo y valorar como dicha incertidumbre puede ser considerada en evaluaciones del modelo. Un modelo dinámico de emisión, modificado para el caso de clima Mediterráneo, fue empleado para estimar la variabilidad temporal en las emisiones de NH3. Así mismo, se realizó una comparativa utilizando las emisiones dinámicas y la tasa constante de emisión. La incertidumbre predicha asociada a la incertidumbre de los inputs fue de 67-98% del valor medio para el modelo ADMS y entre 53-83% del valor medio para AERMOD. La mayoría de esta incertidumbre se debió a la incertidumbre del ratio de emisión en la fuente (50%), seguida por la de las condiciones meteorológicas (10-20%) y aquella asociada a las velocidades de salida (5-10%). El modelo AERMOD predijo mayores concentraciones que ADMS y existieron más simulaciones que alcanzaron los criterios de aceptabilidad cuando se compararon las predicciones con las concentraciones medias anuales medidas. Sin embargo, las predicciones del modelo ADMS se correlacionaron espacialmente mejor con las mediciones. El uso de valores dinámicos de emisión estimados mejoró el comportamiento de ADMS, haciendo empeorar el de AERMOD. La aplicación de estrategias destinadas a mejorar el comportamiento de este último tuvo efectos contradictorios similares. Con el objeto de comparar distintas técnicas de modelización inversa, varios modelos (ADMS, LADD y WindTrax) fueron empleados para un caso no agrícola, una colonia de pingüinos en la Antártida. Este caso fue empleado para el estudio debido a que suponía la oportunidad de obtener el primer factor de emisión experimental para una colonia de pingüinos antárticos. Además las condiciones eran propicias desde el punto de vista de la casi total ausencia de concentraciones ambiente (background). Tras el trabajo de modelización existió una concordancia suficiente entre las estimaciones obtenidas por los tres modelos. De este modo se pudo definir un factor de emisión de para la colonia de 1.23 g NH3 por pareja criadora por día (con un rango de incertidumbre de 0.8-2.54 g NH3 por pareja criadora por día). Posteriores aplicaciones de técnicas de modelización inversa para casos agrícolas mostraron también un buen compromiso estadístico entre las emisiones estimadas por los distintos modelos. Con todo ello, es posible concluir que la modelización inversa es una técnica robusta para estimar tasas de emisión de NH3. Modelos de selección (screening) permiten obtener una rápida y aproximada estimación de los impactos medioambientales, siendo una herramienta útil para evaluaciones de impactos en tanto que permite eliminar casos que presentan un riesgo potencial de daño bajo. De esta forma, lo recursos del modelo pueden Resumen (Castellano) destinarse a casos en donde la posibilidad de daño es mayor. El modelo de Cálculo Simple de los Límites de Impacto de Amoniaco (SCAIL) se desarrolló para obtener una estimación de la concentración media de NH3 y de la tasa de deposición seca asociadas a una fuente agrícola. Está técnica de selección, basada en el modelo LADD, fue evaluada y calibrada con diferentes bases de datos y, finalmente, validada utilizando medidas independientes de concentraciones realizadas cerca de las fuentes. En general SCAIL dio buenos resultados de acuerdo a los criterios estadísticos establecidos. Este trabajo ha permitido definir situaciones en las que las concentraciones predichas por modelos de dispersión son similares, frente a otras en las que las predicciones difieren notablemente entre modelos. Algunos modelos nos están diseñados para simular determinados escenarios en tanto que no incluyen procesos relevantes o están más allá de los límites de su aplicabilidad. Un ejemplo es el modelo LADD que no es aplicable en fuentes con velocidad de salida significativa debido a que no incluye una parametrización de sobreelevacion del penacho. La evaluación de un esquema simple combinando la sobreelevacion del penacho y una turbulencia aumentada en la fuente mejoró el comportamiento del modelo. Sin embargo más pruebas son necesarias para avanzar en este sentido. Incluso modelos que son aplicables y que incluyen los procesos relevantes no siempre dan similares predicciones. Siendo las razones de esto aún desconocidas. Por ejemplo, AERMOD predice mayores concentraciones que ADMS para dispersión de NH3 procedente de naves de ganado ventiladas mecánicamente. Existe evidencia que sugiere que el modelo ADMS infraestima concentraciones en estas situaciones debido a un elevado límite de velocidad de viento. Por el contrario, existen evidencias de que AERMOD sobreestima concentraciones debido a sobreestimaciones a bajas Resumen (Castellano) velocidades de viento. Sin embrago, una modificación simple del pre-procesador meteorológico parece mejorar notablemente el comportamiento del modelo. Es de gran importancia que estas diferencias entre las predicciones de los modelos sean consideradas en los procesos de evaluación regulada por los organismos competentes. Esto puede ser realizado mediante la aplicación del modelo más útil para cada caso o, mejor aún, mediante modelos múltiples o híbridos. ABSTRACT Short-range atmospheric dispersion of ammonia (NH3) emitted by agricultural sources and its subsequent deposition to soil and vegetation can lead to the degradation of sensitive ecosystems and acidification of the soil. Atmospheric concentrations and dry deposition rates of NH3 are generally highest near the emission source and so environmental impacts to sensitive ecosystems are often largest at these locations. Under European legislation, several member states use short-range atmospheric dispersion models to estimate the impact of ammonia emissions on nearby designated nature conservation sites. A recent review of assessment methods for short-range impacts of NH3 recommended an intercomparison of the different models to identify whether there are notable differences to the assessment approaches used in different European countries. Based on this recommendation, this thesis compares and evaluates the atmospheric concentration predictions of several models used in these impact assessments for various real and hypothetical scenarios, including Mediterranean meteorological conditions. In addition, various inverse dispersion modelling techniques for the estimation of NH3 emissions rates are also compared and evaluated and a simple screening model to calculate the NH3 concentration and dry deposition rate at a sensitive ecosystem located close to an NH3 source was developed. The model intercomparison evaluated four atmospheric dispersion models (ADMS 4.1; AERMOD v07026; OPS-st v3.0.3 and LADD v2010) for a range of hypothetical case studies representing the atmospheric dispersion from several agricultural NH3 source types. The best agreement between the mean annual concentration predictions of the models was found for simple scenarios with area and volume sources. The agreement between the predictions of the models was worst for the scenario representing the dispersion from a mechanically ventilated livestock house, for which ADMS predicted significantly smaller concentrations than the other models. The reason for these differences appears to be due to the interaction of different plume-rise and boundary layer parameterisations. All four dispersion models were applied to two real case studies of dispersion of NH3 from pig farms in Falster (Denmark) and North Carolina (USA). The mean annual concentration predictions of the models were similar for the USA case study (emissions from naturally ventilated pig houses and a slurry lagoon). The comparison of model predictions with mean annual measured concentrations and the application of established statistical model acceptability criteria concluded that all four models performed acceptably for this case study. This was not the case for the Danish case study (mechanically ventilated pig house) for which the LADD model did not perform acceptably due to the lack of plume-rise processes in the model. Regulatory dispersion models often perform poorly in low wind speed conditions due to the model dispersion theory being inapplicable at low wind speeds. For situations with frequent low wind speed periods, current modelling guidance for regulatory assessments is to use a model that can handle these conditions in an acceptable way. This may not always be possible due to insufficient meteorological data and so the only option may be to carry out the assessment using a more common regulatory model, such as the advanced Gaussian models ADMS or AERMOD. In order to assess the suitability of these models for low wind conditions, they were applied to a Mediterranean case study that included many periods of low wind speed. The case study was the dispersion of NH3 emitted by a pig farm in Segovia, Central Spain, for which mean monthly atmospheric NH3 concentration measurements were made at 21 locations surrounding the farm as well as high-temporal-resolution concentration measurements at one location during a one-week campaign. Two strategies to improve the model performance for low wind speed conditions were tested. These were ‘no zero wind’ (NZW), which replaced calm periods with the minimum threshold wind speed of the model and ‘accumulated calm emissions’ (ACE), which forced the model to emit the total emissions during a calm period during the first subsequent non-calm hour. Due to large uncertainties in the model input data (NH3 emission rates, source exit velocities, boundary layer parameters), the case study was also used to assess model prediction uncertainty and assess how this uncertainty can be taken into account in model evaluations. A dynamic emission model modified for the Mediterranean climate was used to estimate the temporal variability in NH3 emission rates and a comparison was made between the simulations using the dynamic emissions and a constant emission rate. Prediction uncertainty due to model input uncertainty was 67-98% of the mean value for ADMS and between 53-83% of the mean value for AERMOD. Most of this uncertainty was due to source emission rate uncertainty (~50%), followed by uncertainty in the meteorological conditions (~10-20%) and uncertainty in exit velocities (~5-10%). AERMOD predicted higher concentrations than ADMS and more of the simulations met the model acceptability criteria when compared with the annual mean measured concentrations. However, the ADMS predictions were better correlated spatially with the measurements. The use of dynamic emission estimates improved the performance of ADMS but worsened the performance of AERMOD and the application of strategies to improved model performance had similar contradictory effects. In order to compare different inverse modelling techniques, several models (ADMS, LADD and WindTrax) were applied to a non-agricultural case study of a penguin colony in Antarctica. This case study was used since it gave the opportunity to provide the first experimentally-derived emission factor for an Antarctic penguin colony and also had the advantage of negligible background concentrations. There was sufficient agreement between the emission estimates obtained from the three models to define an emission factor for the penguin colony (1.23 g NH3 per breeding pair per day with an uncertainty range of 0.8-2.54 g NH3 per breeding pair per day). This emission estimate compared favourably to the value obtained using a simple micrometeorological technique (aerodynamic gradient) of 0.98 g ammonia per breeding pair per day (95% confidence interval: 0.2-2.4 g ammonia per breeding pair per day). Further application of the inverse modelling techniques for a range of agricultural case studies also demonstrated good agreement between the emission estimates. It is concluded, therefore, that inverse dispersion modelling is a robust technique for estimating NH3 emission rates. Screening models that can provide a quick and approximate estimate of environmental impacts are a useful tool for impact assessments because they can be used to filter out cases that potentially have a minimal environmental impact allowing resources to be focussed on more potentially damaging cases. The Simple Calculation of Ammonia Impact Limits (SCAIL) model was developed as a screening model to provide an estimate of the mean NH3 concentration and dry deposition rate downwind of an agricultural source. This screening tool, based on the LADD model, was evaluated and calibrated with several experimental datasets and then validated using independent concentration measurements made near sources. Overall SCAIL performed acceptably according to established statistical criteria. This work has identified situations where the concentration predictions of dispersion models are similar and other situations where the predictions are significantly different. Some models are simply not designed to simulate certain scenarios since they do not include the relevant processes or are beyond the limits of their applicability. An example is the LADD model that is not applicable to sources with significant exit velocity since the model does not include a plume-rise parameterisation. The testing of a simple scheme combining a momentum-driven plume rise and increased turbulence at the source improved model performance, but more testing is required. Even models that are applicable and include the relevant process do not always give similar predictions and the reasons for this need to be investigated. AERMOD for example predicts higher concentrations than ADMS for dispersion from mechanically ventilated livestock housing. There is evidence to suggest that ADMS underestimates concentrations in these situations due to a high wind speed threshold. Conversely, there is also evidence that AERMOD overestimates concentrations in these situations due to overestimation at low wind speeds. However, a simple modification to the meteorological pre-processor appears to improve the performance of the model. It is important that these differences between the predictions of these models are taken into account in regulatory assessments. This can be done by applying the most suitable model for the assessment in question or, better still, using multiple or hybrid models.

Ordenación agrohidrológica de la cuenca del Etang Pouillet Departamento del Sudeste Haití.

La cuenca del “Etang Pouillet” (Departamento del Sudeste, Haití), presenta unas tasas de erosión muy elevadas debido a la deforestación y a la práctica de la agricultura sin técnicas de conservación de suelos, lo que constituye un grave problema desde el punto de vista medioambiental y social, ya que la pérdida de productividad del suelo pone en peligro la seguridad alimentaria de los habitantes de la cuenca, mayoritariamente agricultores. Para la evaluación de las tasas de pérdidas de suelo se ha utilizado la metodología propuesta por la Ecuación Universal de Pérdidas de Suelo, U.S.L.E. (Universal Soil Loss Equation). Dicha evaluación estima pérdidas de suelo calificadas de altas (50 – 200 t ha/año) o muy altas (> 200 t ha/año) en casi el 90% de la superficie de la cuenca. Debido a las altas tasas de pérdidas de suelo, se propone una intervención integral de la cuenca. En dicha intervención se combinarán actuaciones técnicas de conservación de suelos para frenar la degradación del mismo y se incidirá en el trabajo con las comunidades para mitigar el impacto que realizan sobre el medio y asegurar una mayor durabilidad de las actuaciones correctoras.

Estudio de la implantación de una parcela demostrativa de cultivo agroforestal en el Parque Nacional de La Visite en el Departamento del sudeste Haití.

En el estudio se elabora un diagnóstico de las prácticas agrícolas de los habitantes del Parque Nacional de La Visite y de sus necesidades para hacer un diseño demostrativo de parcela agroforestal. Con la introducción de árboles en las parcelas se puede ayudar a mitigar la erosión y la baja fertilidad de sus tierras, a parte de poder controlar la deforestación, debido a la introducción de especies arbóreas de crecimiento rápido, y obtención de beneficios por la producción de los árboles frutales. Para poder diseñar la parcela de ensayo, se realizaron entrevistas a las familias de la zona, para conocer su forma de vida, evaluar sus prácticas agrícolas e involucrarles en el proyecto. . En la parcela de estudio se realizaron análisis de suelos y caracterización del clima para poder hacer la selección de las especies arbóreas teniendo en cuenta esos criterios, y “levantamiento topográfico” con GPS para conocer la topografía del terreno. Posteriormente se elabora un diseño de sistema agroforestal, teniendo en cuenta la combinación con los cultivos tradicionales. Este estudio es una parcela demostrativa, que constituye un punto de partida a futuras actuaciones.

El empleo de la vegetación en el tratamiento funcional y paisajístico de taludes de carretera: investigación sobre el comportamiento de determinadas especies

La tarea de implantar una cubierta vegetal en taludes de carretera implica la consideración de una serie de factores que se presentan en estos lugares con matices específicos y configuran, aisladamente o en su conjunto, una situación distinta de la que habitualmente se presenta a la hora de sembrar o de plantar de forma común. Efectivamente, la pendiente, la temperatura del suelo, la compacidad del suelo, el contenido y distribución de humedad, la cantidad de materia orgánica, suelen definir un medio sumamente inadecuado para el desarrollo de la vegetación. De hecho, la colonización natural no se produce, o se lleva a cabo a un ritmo muy lento, en los taludes del tipo que se origina habitualmente junto a las grandes carreteras. Por otro lado, el establecimiento de una cubierta vegetal permanente parece ser el mejor procedimiento para conseguir la fijación y estabilización de taludes. En ponderación conjunta de los aspectos funcionales, económicos, estéticos y de conservación del medio natural, ofrece ventajas indudables sobre cualquier otro método; ventajas que persisten, en muchas ocasiones, aún limitando la consideración por separado a uno cualquiera de los cuatro aspectos. El problema objeto de este estudio, queda así centrado en la superación de la contradicción enunciada. Es claro que la solución puede conseguirse a base de "grandes remedios", como sería la modificación radical del "medio talud", viable técnicamente pero inviable económicamente en tal grado que no merece se le preste mayor atención que esta simple mención. La solución ha de buscarse, no obstante, por ese mismo camino, pero quitando a la modificación la nota de radical. El empleo de materiales que actúan como "mulch", estabilizador o acondicionador, y de técnicas tales como la hidrosiembra, ha supuesto un avance importante en el planteamiento técnico-económico del problema- Los materiales y técnicas aludidas proporcionan un medio menos hostil, en el que la vegetación puede debatirse ya con mejores perspectivas. La situación, en este hipotético ahora, podría dibujarse en dos trazos fundamentales: 1) El talud, tratado por cualquiera de los procedimientos conocidos, sigue siendo un medio artificial. Por lo tanto, al estudio de las condiciones climáticas, de las propiedades - del suelo y de la vegetación espontánea, ha de concedérsele importancia mucho menor de la acostumbrada en los estudios que contemplan un medio natural o poco modificado. 2) La finalidad perseguida es fijar los taludes de forma rápida y permanente. Importa, pues, decisivamente el efecto inicial de control de la erosión; y en segundo lugar dejar la puerta abierta para que los procesos naturales incidan sobre lo operado artificialmente, para irlo sustituyendo paulatinamente. En cualquier caso, y como prolongación de lo ya señalado acerca del peso a conceder al entorno natural, puede afirmarse que, más que los elementos definitorios de las comunidades naturales, son las componentes operativas de las especies empleadas las que determinan la viabilidad global de la acción emprendida. Se trata, pues, de buscar una comunidad funcional, cuyos componentes básicos apuntarían hacia el cumplimiento en el espacio y en el tiempo de una serie de funciones; entre ellas, es primordial el control de la erosión, que exige efectos extensos, inmediatos y permanentes. Los primeros capítulos del trabajo se dedican a la descripción de los aspectos particulares que el mecanismo erosivo presenta en los taludes de carreteras y de los factores que influyen en el establecimiento de la cubierta vegetal. En el capítulo 4 se sientan las bases que han de conducir a la elección de especies, y se enumeran los requisitos que éstas han de reunir. A continuación, se describe el medio en que se ha llevado a cabo la parte experimental: 30 taludes de la Autopista Barcelona-Gerona, en el tramo comprendido entre San Celoni y el Aeropuerto de Gerona, y las actuaciones realizadas sobre ellos, que son de dos tipos: 1) Cubrimiento de la superficie del talud, previo o simultáneo a la siembra, con uno de los siguientes materiales: - Tierra vegetal acopiada durante la explanación de la carretera. - Mulch de fibra larga, constituido por paja de cereal trabada con bitumen. - Mulch de fibra corta con un estabilizador de suelos, a base de alginatos. 2) Siembra con mezcla de semillas elegida entre seis previamente definidas. El estudio de los factores del medio, permite aceptar la homogeneidad previa a las actuaciones, y concretar el estudio del comportamiento de las especies en su respuesta a unos pocos elementos diferenciales: Intrínsecos al talud Desmonte o terraplén Exposición (solana o umbría) Pendiente Extrínsecos al talud Tipo de tratamiento recibido Composición de la siembra. Por último, en el Capitulo 4 se procede a la elección de especies a sembrar, mediante sucesivas aproximaciones a partir de la flora autóctona, disponibilidad de la se milla y consideraciones funcionales. La dosificación de las mezclas se verifica en base al Índice de concurrencia, con matizaciones derivadas de exposición y tipo de tratamiento. Las dificultades que se encuentran para conseguir el establecimiento en taludes artificiales de las especies habitualmente empleadas como pratenses, notoriamente relevantes en las zonas áridas, donde se suma a ellas la falta continuada de humedad durante largos períodos, han animado a investigar el comportamiento de algunas especies poco conocidas. Para ello, se llevaron a cabo ensayos de germinación en situaciones adversas, similares a las de los taludes. A continuación se describen las especies estudiadas, con referencia esquemática a su ecología y a los rasgos funcionales que han conducido a su elección. La inventariación de los resultados obtenidos en los taludes se realizó mediante un muestreo sistemático; el análisis de la información proporcionada se verificó en varias etapas. Un primer análisis consistió en explayar los resultados medios correspondientes a grupos de taludes, definidos según elementos diferenciales comunes, y a los diferentes conceptos del inventario (presencia en muestra, superficie cubierta y número de plantas). Este primer análisis permite definir la respuesta de las especies a las distintas actuaciones artificiales. El comportamiento de cada especie se aborda mediante la elaboración de cuatro índices, de los cuales sólo se retienen finalmente dos. Los Índices evidencian qué especies han dado los mejores resultados y qué otras han dado los peores; resta un tercer grupo, definido con menor precisión, que seguirá siendo analizado en las etapas posteriores del análisis. El estudio de las posibles correlaciones entre las especies, pone de manifiesto una baja estructuración de los datos, como por otra parte cabía esperar en una etapa preliminar de desarrollo, pero también evidencia ciertas constantes y paralelismos o divergencias en los comportamientos. El capítulo final contempla la posibilidad de distribuciones irregulares a lo largo de la altura de los taludes, como probablemente se darían si no existiesen actuaciones artificiales.

Dimensión política y de gestión de la Huella Hídrica

El ciclo hidrológico proporciona anualmente 110,000 Km3 en forma de precipitaciones de lluvia y nieve (L'Vovich et al., 1990). Globalmente, el 37% de esas precipitaciones se destina a alimentar ríos, acuíferos, lagos y otros sistemas acuáticos, mientras que el 63% restante, se almacena en la reserva de agua del suelo y contribuye a mantener la productividad primaria de los sistemas agrícolas y forestales. Según las distintas estimaciones, el volumen de agua que actualmente se extrae de los sistemas acuáticos para uso humano a escala global varía entre 3100 y 4400 Km3 (Postel et al., 1996; Rosegrant et al., 2002; Falkenmark y Rockström, 2004; Oki y Kanae 2006; Gleick et al., 2008). Teniendo en cuenta que la cantidad de agua que puede ser captada de forma sostenible de estos sistemas es de aproximadamente 10.200 Km3 (Postel et al., 1996), la apropiación actual de este recurso representa en torno al 31 y 44%.

Estimación de la frecuencia y duración del riego mediante el uso de sensores de humedad

Este trabajo presenta los resultados de la campaña de riego 2010 realizada en la finca Villavieja, ubicada en Tordesillas (Valladolid) y perteneciente a la asociación para la investigación y la mejora del cultivo de remolacha azucarera (AIMCRA). El objetivo general es determinar el tiempo y frecuencia de riego óptimos, para mejorar así la eficiencia del riego y reducir el coste de los agricultores. Para ello se considera el manejo del riego tradicional que aplica el regante de la zona al cultivo de remolacha azucarera y se mide el contenido de humedad en puntos determinados de la finca y la distribución del agua en el suelo, a partir de esas medidas. Además, se realizaron varias evaluaciones de las unidades de riego a lo largo de la campaña. Un sensor de frecuencia FDR (EnviroScan) se utilizó para medir el contenido de humedad en un perfil de suelo de la finca. Previamente se determinó la textura del suelo. Los regantes de la zona conocían, con cierta aproximación, las necesidades hídricas semanales del cultivo, a partir de la información de la evapotranspiración semanal de la remolacha, recibida vía mensajes cortos de texto de telefonía móvil (SMS). Ésta se determinada a partir de las estación meteorológicas más cercanas (pertenecientes a la red de Inforiego) y de la red de tanques de evaporación repartidos por las diferentes zonas. Sin embargo, y debido a la necesidad de reducir costes, muchos regantes no se ajustan a dichas necesidades y aplican un calendario de riego ajustándose a la tarifa eléctrica mínima . Esta situación puede provocar estrés hídrico, durante algunos días de la campaña y, como consecuencia, riegos excesivamente largos que intentan compensar el estrés acumulado. Los suelos, principalmente arenosos mostraron valores altos de la infiltración; el tiempo medio de riego, de unas 6 horas, llegó incluso a duplicar el necesario para la saturación de los primeros 60 cm de suelo. Además, la frecuencia de riego no fue siempre la adecuada y, en varias ocasiones, se observaron visualmente síntomas de estrés hídrico en el cultivo.

Aplicaciones estructurales de la guadua (Guadua angustifolia Kunth): Proyecto de estructura modular multifuncional en Colombia

La Guadua (Guadua angustifolia Kunth) es una de las especies forestales más características de Colombia. Perteneciente a la familia del bambú, ésta planta nativa de Colombia usada en la construcción permite una reducción de costos, garantizados, entre otras ventajas, por sus propiedades físico-mecánicas de flexibilidad, resistencia, dureza, efecto climatizado y sismo resistencia. En el proyecto se plantea inicialmente un estudio de la Guadua como material estructural. Se estudiará su anatomía, sus propiedades físicas y mecánicas así como la normativa existente que rige su uso en construcción y por último se darán algunos ejemplos en los que se puede comprobar su uso en la actualidad. Posteriormente se procederá al desarrollo del proyecto cuya finalidad es el diseño de una estructura modular multifuncional que se necesita para llevarla a cabo en un proyecto de cooperación localizado en Neiva (Colombia). El proyecto incluirá todos los documentos necesarios para un trabajo de estas características: memoria, pliego de condiciones técnicas, presupuesto, planos, así como el Estudio de Seguridad y Salud Laboral. Como solución a las necesidades planteadas en el proyecto de cooperación, se realizará el diseño de dos estructuras modulares cuya finalidad sea las de uso como oficina y como almacén. Se aplicará para su cálculo el CTE cómo normativa de construcción, pero apoyándose en algunos parámetros en la NSR-10, estableciendo una comparativa posterior entre ambas normativas. Debido a la importancia de la acción sísmica en Colombia se comprobará la resistencia sísmica del módulo diseñado según el “Manual de Construcción, evaluación y rehabilitación sismo resistente de viviendas de mampostería” creado por la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. Basándose en este manual se definirán los tipos de uniones más favorables sísmicamente de los módulos con el diseño de una cercha auxiliar necesaria según el tipo de unión. ABSTRACT PROJECT: Structural applications of the guadua (Guadua angustifolia Kunth). Project of modular multifunctional structure in Colombia Guadua (Guadua angustifolia Kunth) is one of the forest species more characteristics of Colombia. Pertaining to the family of the bamboo, this one native plant of Colombia used in the construction allows a reduction of costs, guaranteed, among others advantages, by its physic mechanical properties of flexibility, resistance, hardness, climatic effect and earthquake resistance. The project initially considers a study of the Guadua as structural material. We will study its anatomy, its physical and mechanical properties as well as the existing norm that governs its use in construction and finally some examples will be provided in which its actual use can be verified. Later on, we will proceed with the development of the project which purpose is the design of a multifunctional modular structure required to in a project of cooperation located in Neiva (Colombia). The project will include all the necessary documents for a work of these characteristics: memory, technical specifications, budget, drawings, as well as the Security and Labor Health Study. In order to satisfy the needs raised in the cooperation project, we will undertake the design of two modular structures with the purpose to be used as office and warehouse. The construction normative CTE will be applied for its calculation, but some parameters will be based in the NSR-10, establishing a comparison between both norms. Due to the importance of the seismic action in Colombia, the seismic resistance of the module will be verified according to the “Manual of Construction, evaluation and rehabilitation resistant earthquake of rubblework houses” created by the Colombian Association of Seismic Engineering,. We will also use this Manual to define the types of unions more favorable from seismic point of view, designing the required auxiliary segments according to the type of union.

Influencia de la disposición de los estratos en la estabilidad del frente de túnel

La construcción de túneles en suelos y rocas blandas y/o muy diaclasadas presenta mayores inconvenientes en la estabilidad del frente e incluso es frecuente que ocurran colapsos. [1]. Otro obstáculo con el cual se encuentran en la mayoría de los casos al realizar un túnel es la heterogeneidad del terreno. La mayoría de los estudios que se refieren a la estabilidad del frente proponen mecanismos de rotura que consideran el terreno como un material homogéneo. En el presente trabajo se analiza la influencia de los estratos en base a sus propiedades resistentes, la ubicación del mismo y geometría. Éste análisis se realiza a través de un mecanismo de rotura. Se trata de un mecanismo rotacional de un bloque rígido correspondiente a una solución de contorno superior basado en el mecanismo propuesto por Mollon. El mecanismo se desarrolla en el programa de MatLab. El terreno es divido en dos estratos, uno resistente y uno suelto. La programación permite variar las propiedades del terreno de acuerdo a la cota de los estratos. Esta variación de propiedades permite analizar la influencia de los estratos de acuerdo a la ubicación de los mismos con respecto a la superficie y posición en el frente. A fin de evaluar el mecanismo, los resultados son comparados con aquellos obtenidos con la herramienta FLAC y el mecanismo propuesto por Broere para suelos estratificados. Se puede observar que existe una buena convergencia entre el mecanismo propuesto y el desarrollado en FLAC, sin embargo, no ocurre lo mismo con el mecanismo multicapas propuesto por Broere. A partir de los casos analizados, se elaboraron gráficas en las cuales se presentan diferentes perspectivas de la variación de la presión de acuerdo a la posición de los estratos y sus propiedades. Permiten, además, analizar la relación entre la presión necesaria en el caso de tener un terreno resistente con un espesor igual al diámetro del túnel y la necesaria si el terreno suelto se encuentra a la cota inferior del diámetro del túnel.

La geoquímica de los sedimentos de llanuras de inundación como guía para la valoración ambiental en España

En la presente tesis se estudian los contenidos geoquímicos de los sedimentos de llanura de inundación en diversas cuencas fluviales seleccionadas con el objetivo de contribuir a un mejor conocimiento de sus condiciones medioambientales. En cada cuenca, se ha muestreado un perfil vertical de llanura de inundación, dividiéndolo en tramos que generalmente corresponden a diferentes episodios de inundación. Estos sedimentos se depositan durante los episodios de crecidas una vez que la corriente sobrepasa los límites del canal. Se caracterizan normalmente por tener un tamaño de grano fino y una estructura en capas horizontales que corresponden a los sucesivos episodios de inundación. Muestran dos ventajas principales con respecto a otros medios de muestreo en geoquímica como suelos o sedimentos de corriente: • Pueden almacenar sedimento antiguo así como actual, con lo que se puede estudiar la historia geoquímica de una zona específica en un mismo punto de muestreo (perfil vertical). • Los sedimentos de llanuras de inundación son capaces de caracterizar grandes áreas de drenaje. El origen de los sedimentos es más diverso que en el sedimento de corriente, debido a las mayores áreas de donde proceden las aguas de las avenidas. Las cuencas han sido seleccionadas según las actividades antropogénicas que en ellas se llevan a cabo, en concreto, actividades urbanas e industriales, minería y agricultura. Así mismo, se han estudiado, como referencia, dos cuencas donde no se espera encontrar ningún tipo de actividad contaminante. Una vez hecha la selección, los sedimentos aluviales de las cuencas se han estudiado cuidadosamente para asegurar que no existen depósitos de acreción lateral en el punto seleccionado. Posteriormente se ha procedido al muestreo del perfil vertical. Las muestras han sido analizadas mediante ICP-MS (ataque total) e INAA para conocer los contenidos totales de los elementos traza y mayoritarios. Los análisis de la fracción extraíble se han llevado a cabo mediante ICP-MS (ataque con agua regia). Así mismo, algunas muestras seleccionadas han sido sometidas a una extracción secuencial para un estudio más detallado. La presencia de materia orgánica ha sido estimada mediante el análisis de Carbono Orgánico Total (TOC). Finalmente, se ha llevado a cabo un análisis de isótopos de Pb en muestras escogidas en los perfiles, con el objetivo de hacer una evaluación ambiental. Los contenidos metálicos aumentan hacia la superficie en algunos de los perfiles, mientras en otros muestran una distribución muy constante exceptuando algún nivel específico con un aumento de los contenidos de la mayoría de los metales. Ha sido posible determinar la influencia de las actividades antropogénicas en algunos de los perfiles. Aquellos que pertenecen a cuencas mineras, urbanas o industrializadas muestran generalmente altos contenidos en elementos metálicos. Es el caso de los perfiles muestreados en los ríos Odiel y Tinto, Besaya, Besós y Manzanares. Algunos de estos perfiles pueden incluso correlacionarse con periodos de tiempo en los que ha tenido lugar una actividad antropogénica más intensa. Los perfiles que mejor se correlacionan con la actividad antropogénica de la cuenca son el perfil de Rivas en el río Manzanares (Madrid), que refleja un crecimiento de la contaminación producida por las actividades urbana e industrial en las últimas décadas, y el río Tinto, que muestra un crecimiento llamativo de los contenidos en su mayoría metálicos que puede estar relacionado con el incremento de la actividad minera que tuvo lugar hace aproximadamente 125 años. El análisis de los isótopos de Pb ha resultado ser una herramienta útil en la evaluación ambiental de estos sedimentos. Con este estudio y mediante la comparación con fuentes naturales y antropogénicas, ha sido posible diferenciar las muestras afectadas por diferentes fuentes de plomo, así como detectar las más afectadas antropogénicamente. ABSTRACT The geochemical composition of overbank sediments of some selected river basins is studied in this thesis in order to contribute to a better knowledge of the environmental conditions surrounding them. In each basin a vertical overbank profile has been sampled, dividing it into stretches that usually correspond to different flood events. The overbank sediments are those deposited during a flood event once the flow spills over the channel banks. They are usually characterized by a very fine grain size and a structure of horizontal layers, which correspond to successive flood events. These sediments show two main advantages regarding other sampling media in geochemistry, like soils or stream sediments: • They can store sediment deposited in the past as well as in current times, so that the history of a specific location can be studied at the very same point (vertical profile). • The overbank sediments are able to characterize a large drainage area. The origin of the sediment is wider than in the stream sediments due to the larger areas where the flood water comes from. The basins have been selected depending on the anthropogenic activities developed in them, namely, urban and industrial activities, mining activities and agricultural activities. As well, two pristine basins have been studied as a reference. Afterwards, the alluvial sediments in the basins have been carefully studied in order to sample a vertical profile and make sure that lateral accretion materials are not present in the profile. The samples have been analysed by ICP-MS (total digestion) and INAA to know the total contents of trace and major elements. Analysis of the mobile fraction has been carried out by ICP-MS (aqua regia); as well some of the samples have been subjected to sequential extraction for a more detailed study. The presence of organic matter has been estimated by the analysis of the Total Organic Carbon (TOC). Finally, a lead isotope analysis of some of the samples in the profiles was carried out in order to make an environmental assessment. Metal contents grow towards the surface in some of the profiles, while others show a very steady distribution, except for some of them with a growth of most of the metals in a specific level. XI It has been possible to determine the influence of the anthropogenic activities in some of the profiles. The ones that belong to mining and urban or industrialized basins show generally high contents of metal elements. This is the case of the profiles sampled in the Odiel and Tinto Rivers, the Besaya River, the Besós River and the Manzanares River. Some of these profiles can even correlate with the periods of time when a more intense activity in their respective basins has taken place. The profiles which best correlate with the anthropogenic activity are the Rivas profile in the Manzanares River, which reflects a growth of the pollution produced by urban and industrial activities in the city of Madrid in the last decades and the Tinto profile, which shows a very dramatic growth of the elemental contents (mostly metals) which can be related to the increase of the mining activities that took place in the last 125 years. The analysis of lead isotopes has turned out to be a powerful tool in the environmental assessment in this type of sediments. With this study and through the comparison with natural and anthropogenic sources, it has been possible to determine samples affected by different sources of lead and to detect the most anthropogenicaly affected ones.

Restauración Forestal de la Sierra de Nivar (Granada)

Descripción de la sección. Los distintos conceptos que previenen las Instrucciones se estudian bajo los capítulos titulados: Antecedentes, Estado Legal, Estado Natural, Estado Forestal. - Proyecto de trabajos forestales. Hacemos el estudio de la repoblación arbórea, que abarca los siguientes conceptos: Elección de especies, sistema y métodos de repoblación, siembra, viveros, plantaciones, reposición de marras; coste de instalación y cultivo de viveros; coste por ha. de los trabajos de repoblación; extensión que se destina a ser repoblada. - Plan de trabajos auxiliares. Se estudian en él los caminos, sendas, cerramientos, guardería y parcelas de experimentación .

Estudio selvícola de un encinar de fruto económico -industrial de la montanera en Villanueva de Córdoba

Como cualquier encinar que eligiésemos a fin de concretar en él nuestro estudio, quedaría enclavado dentro de la masa general de encina que puebla el término de Villanueva de Córdoba, sometida toda ella al mismo tratamiento y sobre la que gravitan los mismos problemas, creemos conveniente dividir nuestro trabajo en dos partes, comprendiendo la primera esas cuestiones de índole general, no sólo dentro del término de Villanueva, sino comunes a todo el valle de los Pedroches, haciendo resaltar los problemas que en la actualidad se presentan y sus soluciones adecuadas: tratando en la segunda de las características, tratamiento y distintos aprovechamientos que posee, de que es objeto y rinde una finca concreta que posea las condiciones que se nos señala de “tener una producción frutal no inferior de la necesaria para el cebo o engorde de una piara de trescientos cerdos”. Siguiendo esta directriz, tratamos en la primera parte de la evolución histórico-jurídica, primero, y selvícola, después, de la masa encinar del término; pasamos a ocuparnos después de los tratamientos de que son objeto, del suelo y vuelo; estudiamos detenidamente la cuestión de plagas con los remedios que se han puesto y cabe poner en práctica, y, por último, tratamos de los distintos aprovechamientos de que son objeto estos encinares. En la segunda parte concretamos nuestro estudio sobre el monte “Las Navas” de propiedad particular en cuanto a sus estados legal, natural y forestal, y determinamos su capacidad en ganado deducida de su posibilidad en fruto y el rendimiento en los distintos aprovechamientos de que es objeto la finca. Resaltamos de antemano los tres problemas pendientes de solución, de gran trascendencia en cuanto al estado actual y futuro y de los encinares y su economía general: la extinción de plagas, la regeneración artificial del arbolado y el aprovechamiento del fruto mediante su conservación o transformación. El primer problema, siempre de actualidad, y de posible realización, que por su persistencia ha adquirido caracteres de catástrofe, es de lamentar que quede sin resolver después de los importantes trabajos realizados por el antiguo Servicio de Estudio y Extinción de Plagas Forestales, adscrito al Cuerpo de Montes. El segundo problema, el de la regeneración de los encinares, lo encontramos de necesaria solución, a pesar de la imposibilidad de los particulares que creen en la indefinida longevidad de la encina; pues es ya grande la extensión de la zona desarbolada o casi desarbolada, sin que su suelo produzca apenas utilidad alguna después de la desaparición del arbolado; y cierto el estado decadente del vuelo de algunas fincas. Y, por último, la cuestión de la conservación del fruto en grandes cantidades, o, mejor aún, su transformación en harina y conservación de la misma, es de gran transcendencia económica y su solución resolvería el problema del total y apropiado aprovechamiento de la bellota. Ilustran nuestro trabajo una pequeña colección de fotografías relacionadas con los distintos asuntos tratados, un pequeño muestrario de lo distintos tipos de fruto de la localidad y de diversas variedades de encina, y varias modalidades de las puestas de L. dispar y M. neustria, sin que hayamos podido recoger ninguna de T. viridana como era nuestro propósito. …

Infraestructura verde: un espacio para la innovación de la cubierta vegetal.

Las ciudades se prevé que continúen creciendo en los próximos años. Esto agudizará la demanda de servicios y recursos. Día tras día, somos testigos de los cambios rápidos y conflictivos que modifican a la ciudad, sus suelos, sus paisajes, afectando su entorno como nunca antes. Estos ambientes dominados por el hombre crean condiciones que degradan los ecosistemas. Si las ciudades han de reducir su impacto ambiental, se deben desarrollar las prácticas innovadoras para reemplazar los servicios de los ecosistemas que se pierden durante el proceso de urbanización. La infraestructura verde ofrece un enfoque contemporáneo a la conceptualización y gestión de estos recursos. Este concepto se ha desarrollado rápidamente y transformado en estratégico, al reunir los retos ecológicos, económicos y sociales del planeamiento del territorio, incluyendo a la ciudad. La infraestructura verde le ha prestado especial atención al crecimiento, y por ello, las investigaciones relacionados con este tema se orientan sobre una comprensión en múltiples capas de la naturaleza cambiante de los recursos naturales. Las infraestructuras verdes resultan, por ende, en una gran variedad de tipologías, esto creó la necesidad de estudiar una mejor articulación y precisar distinciones entre ellas. Con esta visión este estudio evaluó las condiciones y viabilidad de utilizar sistemas de techos con vegetación o verde para la recuperación del ecosistema urbano. Para ello se relacionaron estos sistemas con otra dinámica que comparte algunos de sus principios y que forma parte de la infraestructura verde de la ciudad, la agricultura urbano, específicamente los huertos comunitarios. Para comprender sus respectivas ventajas y desventajas, las diferencias y similitudes de los modos dispares de IV, se necesita un método integral que permite un análisis comparativo y su valoración. El marco de evaluación desarrollado para esta investigación es una herramienta para la evaluación de infraestructuras verde con un conjunto de criterios e indicadores amplios y actualizados. Puede ser utilizado para generar datos, o de apoyo e inspiración para arquitectos, ingenieros, urbanistas, diseñadores, responsables políticos y miembros de la comunidad que buscan maximizar el potencial de los proyectos existentes o realizar nuevos. Mientras que el camino hacia modos de desarrollo sostenible no están del todo claros, la comprensión de sus múltiples beneficios e impactos positivos a nivel local y global es imprescindible.

Estudio selvícola-industrial de las principales especies arbóreas, de las familias de las leguminosas (Mimosáceas, Papilionáceas y Cesalpináceas) con miras a la aplicación de sus maderas

Para la redacción de esta memoria la consideraremos dividida en los siguientes apartados: 1º- Estudio botánico Será muy ligero tanto el de las- familias como el de los géneros y especie s, ya que por la razones expuestas en la Memoria común, no se puede hacer-un estudio más profundo. 2º-.Estudio selvícola en el que se expondrán las formaciones vegetales, en cuya composición intervienen especies de las familias de las leguminosas (Mímosaceas, PapiÍionaceas y SesalpinaceasX asi como la posible regeneración del bosque que el que es tan representado en dichas especies. 3º— Aplicaciones. Con una relación de las distintas propiedades de las maderas de las especies en estudia y como consecuencia sus posibles aplicaciones, así como las que hoy en día tienen. 4º-.Estudio económico En el hacemos una exposición de las explotaciones forestales de la Colonia, así como de los medios por ellas utilizados Dará el aprovechamiento de la riqueza forestal Por ultimo damos un Índice bibliográfico de indudable interés del cual se ha hecho uso para la redacción de: esta Memoria

Proyecto de construcción de una vía forestal en el término municipal de Aldea del Fresno provincia de Madrid.

El proyecto consiste en la ejecución de una vía forestal en el Término Municipal de Aldea del Fresno, Comunidad de Madrid. El trazado de la vía tendrá una longitud total de 2558 metros. Para llevar a cabo la misma, será necesaria la explanación del terreno, la excavación de desmontes y la construcción de terraplenes según sea necesario en cada tramo. Es necesaria la realización de obras de fábrica para garantizar un correcto drenaje de la escorrentía superficial y para salvar el cruce de la vía con ríos y arroyos. El objetivo de estos trabajos es el de mejorar la accesibilidad de la zona para la realización de tareas agrícolas y forestales así como para la vigilancia, prevención y extinción de incendios.

Mejora del abastecimiento de agua a la comunidad rural de Sierpe, Costa Rica

Este proyecto se localiza en una comunidad rural del Pacífico-Sur de Costa Rica, en la península de Osa, muy cerca del Parque Nacional de Corcovado. Sierpe es una comunidad de unos 1.100 habitantes que vive principalmente de los ingresos del turismo, la palma aceitera y las explotaciones forestales de Teca. Frente a esta realidad social, se presenta la necesidad de mantener los recursos naturales y las zonas de bosque tropical donde se localiza la captación del acueducto rural. El objetivo general de este trabajo es elaborar un Plan de Seguridad de Agua para mejorar el abastecimiento y el saneamiento de agua en la comunidad rural de Sierpe, siguiendo las instrucciones básicas de la OMS (Organización Mundial de la Salud) y de las administraciones costarricenses. El proyecto consta de tres partes importantes: una de Diagnóstico y análisis de riesgos, en la que se describirá la situación actual del acueducto, describiendo detalladamente sus 4 partes (Captación, Tratamiento-Almacenaje, Conducción-Distribución, Consumo-Saneamiento). Seguidamente, y teniendo en cuenta el diagnóstico realizado se presentará el Plan de Mejoras por ejes estratégicos para aportar soluciones a los problemas encontrados en el mantenimiento y la gestión del acueducto. Por último, se dará gran importancia en un apartado propio a la Acción Participativa, ya que al tratarse de un proyecto de cooperación es muy importante conocer la opinión de la gente local e intentar colaborar estrechamente con los responsables del acueducto rural. Como resultado se indican una veintena de mejoras en las que se define una priorización de ciertas actuaciones sobre otras dependiendo de factores temporales, financieros y de máxima necesidad. Se presenta, para terminar, una valoración económica de cada una de las tres prioridades atendiendo al contexto social, económico y ambiental y a que sean técnicamente viables en la zona.