| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| ADVANCING TOWARDS RELIABLE MODELLING WITH SWAT+: HYDROLOGY, WATER MANAGEMENT AND CLIMATE CHANGE IMPACTS IN THE UPPER TAGUS RIVER BASIN. | | Autor/a | Sánchez Gómez, Alejandro | | Departamento | Geología, Geografía y Medio Ambiente | | Director/a | Molina Navarro, Eugenio | | Directores/as | Martínez Pérez, Silvia; Bieger , Katrin | | Fecha de depósito | 11-04-2025 | | Periodo de exposición pública | 12 de abril a 7 de mayo de 2025 | | Fecha de defensa | Sin especificar | | Programa | Ciencias (RD 99/2011) | | Mención internacional | Solicitada | | Resumen | La cuenca del río Tajo es una región especialmente relevante para la gestión de recursos hídricos. Esta cuenca internacional, compartida entre España y Portugal, es la más poblada de la península ibérica, con más de 10 millones de habitantes. Además, el Trasvase Tajo-Segura -la mayor infraestructura hidráulica en España- se sitúa en su cabecera. La gestión de esta cuenca es complicada y controvertida, y todo apunta a que los efectos del cambio climático, como el incremento en la temperatura y la reducción de la precipitación, agravarán esta situación en el futuro. Es por ello que resulta necesario contar con herramientas que permitan apoyar la gestión de recursos hídricos.
Los modelos hidrológicos permiten simular procesos hidrológicos y estimar la disponibilidad de agua para distintos escenarios. Estas herramientas son, por tanto, particularmente útiles para la gestión de recursos hídricos en un contexto de cambio climático como el actual. Las predicciones de estos modelos no están exentas de incertidumbre, lo que hace necesario utilizarlos de forma rigurosa para minimizarla. Para ello, las etapas de construcción y calibración del modelo son especialmente relevantes. Los modelos hidrológicos basados en procesos son considerados más fiables para simular escenarios de futuro. Entre ellos, el modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT), es uno de los más utilizados. SWAT+, su versión renovada, incluye mejoras y nuevas posibilidades, varias de ellas relacionadas con la simulación de aspectos de gestión del agua.
En esta tesis doctoral, el modelo SWAT+ ha sido utilizado para simular el sector superior -uno de los más relevantes- de la cuenca del Río Tajo (UTRB, por sus siglas en inglés), con el objetivo de llevar a cabo una evaluación detallada y fiable de la gestión de recursos hídricos y de los potenciales impactos del cambio climático. Debido a la complejidad de esta región, caracterizada por una gran heterogeneidad geológica, climática, y de la distribución de la población, ha sido necesario implementar una metodología de modelización exhaustiva y novedosa para reproducir tanto los procesos hidrológicos como aquellos relacionados con la gestión del agua.
Se ha llevado a cabo una evaluación de datos climáticos y de aforo para establecer un modelo conceptual del comportamiento hidrológico de la cuenca, el cual ha sido utilizado para llevar a cabo un ajuste en la simulación de procesos hidrológicos en distintas regiones geológicas, lo que se conoce como soft calibration. Dada la novedad de SWAT+, la sensibilidad de los parámetros del modelo para la simulación de los componentes del balance hidrológico y de la escorrentía - especialmente en la contribución subterránea- y para la bondad del ajuste al simular la escorrentía total ha sido analizada. Esto ha permitido entender el funcionamiento del modelo, redundando en una calibración eficiente. Posteriormente, se ha llevado a cabo una hard calibration del modelo considerando la bondad del ajuste en la simulación de la escorrentía en numerosas subcuencas en régimen natural, logrando una simulación satisfactoria y realista en la mayor parte de las subcuencas evaluadas.
Calibrado el modelo en áreas en régimen natural, se ha implementado la gestión de los recursos hídricos. Concretamente, utilizando dos novedades de SWAT+ -las tablas de decisión y el módulo de water allocation- se han configurado las operaciones necesarias para simular regadíos, trasvases de agua (tanto dentro como fuera de la UTRB), y la explotación de los embalses. Estas acciones han sido implementadas considerando datos reales, y han resultado satisfactoriamente simuladas, lo que ha permitido reducir el error en la simulación de la escorrentía al final de la cuenca en más de un 50%. Así pues, se ha logrado desarrollar un modelo capaz no solo de reproducir satisfactoriamente la escorrentía y los procesos hidrológicos, sino también la gestión de recursos hídricos.
Finalmente, el modelo ha sido utilizado para evaluar el impacto del cambio climático sobre los recursos hídricos en la UTRB. Se han obtenido proyecciones climáticas de 11 modelos para cuatro escenarios de cambio climático basados en el último informe del IPCC (SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0 and SSP5-8.5). Estas proyecciones, regionalizadas y corregidas por la AEMET, han sido comparadas con datos observados para el periodo histórico considerado (1980-2014), con resultados satisfactorios. Posteriormente, han sido utilizadas en el modelo hidrológico desarrollado para cuantificar los efectos del cambio climático a corto (2015-2039), medio (2040-2069) y largo (2070-2100) plazo. La mayor parte de estas proyecciones predicen un incremento en la temperatura y una reducción de la precipitación, siendo la magnitud de estos efectos y la incertidumbre mayores para el largo plazo. Pese a haber diferencias entre escenarios, se espera una reducción de recursos hídricos que resultaría preocupante hasta para los más optimistas. El valor mediano de reducción de escorrentía obtenido entre los distintos modelos para los escenarios de cambio climático evaluados (SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0 and SSP5-8.5) es del 10, 25, 34, y 51%, respectivamente, para el largo plazo. Para el medio plazo, estas reducciones son del 12, 20, 24, y 14%. Los resultados revelan que, las operaciones de gestión simuladas por el modelo se verían notablemente afectadas, especialmente para los escenarios más pesimistas y en el largo plazo, dificultando el abastecimiento de la demanda de agua en la cuenca.
Los resultados obtenidos apuntan a la insostenibilidad de la gestión actual del agua en la UTRB en un contexto de cambio climático, especialmente para finales del siglo XXI. Parece por tanto necesario revisar los procedimientos actuales de gestión, de tal forma que los impactos futuros puedan ser minimizados. Para ello, herramientas de modelización como la desarrollada en esta tesis doctoral pueden proporcionar una valiosa orientación, y, por tanto, deben ser tenidos en cuenta. |
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