Assessing temporal variability and controlling factors on the hydrosedimentary response in mediterranean catchments

• Autores: Josep Fortesa Bernat
• Directores de la Tesis: Joan Josep Estrany Bertos (dir. tes.), J. Latron (codir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2020
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Noemí Lana-Renault Monreal (presid.), Joaquim Farguell Pérez (secret.), Damien Raclot (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Historia, Historia del Arte y Geografía por la Universidad de las Illes Balears
• Materias:
  • Ciencias de la tierra y del espacio
    • Geografía
      • Geografía física
    • Geología
      • Geomorfología
    • Hidrología
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RepositoriUIB
• Resumen
  • español

    - Introducción: Evaluar la respuesta hidrológica y el transporte en suspensión a escala de cuenca de drenaje es fundamental para mejorar el conocimiento y la gestión de los recursos hídricos, inundaciones, sequías, transmisión de contaminantes y la erosión del suelo.

    La región mediterránea ha recibido una especial atención debido a que la estacionalidad de su clima genera importantes diferencias inter- e intra-anuales en la disponibilidad de los recursos hídricos. Además, los usos del suelo de la mayoría las cuencas mediterráneas han sido ampliamente modificados durante siglos creando - juntamente con la interacción de la litología- un paisaje complejo, influenciando la respuesta hidrológica y del transporte de sedimento.

    - Contenido de la investigación: Esta tesis tiene como objetivo determinar los patrones de escorrentía y las dinámicas del transporte de sedimento en suspensión en cuencas mediterráneas representativas.

    La monitorización continua del caudal y la concentración del sedimento en suspensión mediante redes hidrométricas se analizó durante un periodo de cinco años en: a) Pequeñas cuencas de drenaje mediterráneas (i.e. < 10 km2) caracterizadas por usos del suelo y litologías distintas, donde se analizó la relación precipitación-escorrentía a múltiples escalas temporales para comprender mejor su respuesta hidrológica.

    b) Una pequeña cuenca mediterránea representativa de ambientes de media montaña (Es Fangar; 3,4 km2), donde la humedad del suelo interviene notablemente en los flujos de agua y sedimento, analizándose estas variables durante cinco años hidrológicos.

    c) Dos cuencas mediterráneas (Búger 68,2 km2 y Carapelle 506 km2) se seleccionaron para identificar los factores principales que influyen en el régimen hidrológico, la generación de escorrentía y el transporte de sedimento en suspensión en multitud de escalas temporales.

    - Conclusión: Los resultados de esta tesis confirman que los factores físicos (litología y usos del suelo) y el estado de preservación de las estructuras de conservación del suelo (terrazas y presas de laminación) ejercen un fuerte control sobre la respuesta hidrológica y el transporte de sedimento en suspensión. La distribución espacial, la heterogeneidad y la interacción entre estos factores explican los volúmenes de agua y sedimento de las cuencas seleccionadas. El análisis de la respuesta hidrológica y del transporte de sedimento en suspensión ha permitido identificar los factores hidrometeorológicos más relevantes y cómo estos interaccionan con las características físicas y humanas de las cuencas. Por lo tanto, caracterizar las cuencas desde este punto de vista científico ha demostrado ser fundamental para comprender la generación de escorrentía y el transporte de sedimento y así avanzar hacia un proceso de gestión de cuencas que debería permitir simular múltiples escenarios futuros de cambio en los usos del suelo y del cambio climático.

  • català

    - Introducció: Avaluar la resposta hidrològica i el transport de sediment en suspensió a escala de conca de drenatge és fonamental per millor el coneixement i la gestió dels recursos hídrics, inundacions, sequeres, transmissió de contaminats i l’erosió del sòl. La regió mediterrània ha rebut una atenció especial ja que l’estacionalitat del seu clima promou grans diferències en la disponibilitat dels recursos hídrics entre anys i estacions. A més, els usos del sòl de la majoria de les conques mediterrànies han estat modificats per l’home durant segles creant -amb la interacció de la litologia un paisatge complex, el qual influencia la resposta hidrològica i el transport de sediment.

    - Contingut de la investigació: Aquesta tesi té com a objectiu determinar els patrons d’escolament i les dinàmiques del transport de sediment en suspensió en conques mediterrànies representatives, avaluant com aquests patrons canvien al llarg del temps a causa de la variabilitat inter- i intra-anual. La monitorització contínua del cabal i la concentració del sediment en suspensió a partir de xarxes hidromètriques s’ha analitzat durant un període de cinc anys a: a) Petites conques de drenatge mediterrànies (i.e. < 10 km2) caracteritzades per usos del sòl i litologies, on la relació precipitació-escolament a múltiples escales temporals es va dur a terme per comprendre millor la seva resposta hidrològica.

    b) Una petita conca mediterrània representativa de mitja muntanya (Es Fangar; 3,4 km2), on el paper de la humitat del sòl en els fluxos d’aigua i sediment en suspensió s’analitzaren durant cinc anys hidrològics.

    c) Dues conques mediterrànies (Búger 68,2 km2 i Carapelle 506 km2) foren seleccionades per tal d’identificar els factors principals que influeixen en el règim hidrològic i quantificar la generació d’escolament i el transport de sediment en suspensió a diverses escales temporals.

    - Conclusió: Els resultats d’aquesta tesi confirmen que els factors físics (litologia i usos del sòl) i l’estat de preservació de les estructures de conservació del sòl (marjades, parats i preses de laminació) exerceixen un control fort sobre la resposta hidrològica i el transport de sediment en suspensió. La distribució espacial, l’heterogeneïtat i la interacció entre aquests factors explicaren els volums d’aigua i de sediment de les conques seleccionades. L’anàlisi de la resposta hidrològica i del transport de sediment en suspensió ha permès identificar els factors hidrometeorològics més importants i com aquests estan relacionats amb les característiques físiques i humanes de les conques. Per tant, caracteritzar les conques des d’aquest punt de vista científic ha demostrat ser fonamental per comprendre la generació d’escolament i el transport de sediment per tal d’avançar cap a un procés de gestió de conques que ha de permetre simular múltiples escenaris futurs front al canvi d’usos del sòl i canvi climàtic.

  • English

    - Introduction: Assessing the hydrological response and suspended sediment transport in rivers is fundamental to improve the knowledge and management of water resources, floods, droughts, transmission of pollutants and soil erosion at catchment scale. The Mediterranean regions received special attention due to the seasonality of their climate, which promotes large differences in water resources availability between years and seasons. Furthermore, the land cover of most Mediterranean catchments have been strongly modified by humans over millennia creating a complex landscape causing a significant influence on the hydrosedimentary behaviour of fluvial systems.

    - Research content: This thesis aims to determine the effects of basin lithology, land uses and temporal scales on runoff generation and suspended sediment transport dynamics in representative Mediterranean catchments. Continuous measurements in hydrometric stations were used over a five-year period at: a) Small Mediterranean catchments (i.e. < 10 km2) characterised by contrasting land uses and lithology, where rainfall-runoff relationships were carried out at multiple temporal scales to achieve a better understanding of the hydrological response.

    b) A representative small mid-mountainous Mediterranean catchment (i.e. Es Fangar, 3.4 km2), where the role of soil moisture in water and suspended sediment fluxes were investigated during five hydrological years.

    c) Two medium size Mediterranean catchments (i.e. Búger in Mallorca, 68.2 km2; Carapelle, in Southern Italy, 506 km2) selected to analyse the most relevant driven factors affecting the flow regime and to quantify the runoff and suspended sediment yields at different temporal scales.

    - Conclusions: The results of this thesis confirmed that physical driving factors (lithology and land cover) and the conservation state of human structures (terraces and check dams) exerts a strong control in the hydrological response and suspended sediment transport. The spatial distribution, patchiness and interaction between these driving factors explained water and sediment yields of the study catchments. The analysis of the runoff response and suspended sediment transport from the annual to the event scale allowed to identify the hydro-meteorological driving factors and how these are related to the physical and human features of the catchments. The XV characterization of catchment features from a science-based approach has demonstrated to be essential for understanding the hydrosedimentary response to move towards an integrated management catchment process useful to simulate multiple future scenarios of land use and climate change.