Implementación de un modelo hidrológico distribuido y análisis del impacto del cambio climático en la cuenca del río San Nicolau, en el Parque Nacional de Aigüestortes y Lago de San Mauricio, España

Abstract

[ES] En el presente trabajo de fin de máster se propone implementar un modelo hidrológico de tipo distribuido sobre una cuenca de alta montaña llamada San Nicolau, ubicada en el Parque Nacional de Aigüestortes y Lago de San Mauricio, que permita conocer el comportamiento del ciclo hidrológico bajo condiciones actuales, estimando los flujos de entrada, de salida y los almacenamientos; partiendo de uno ya implementado en la subcuenca del Lago Contraix como parte del proyecto ACOPLA Acoplamiento de los ciclos hidrobiogeoquimicos del carbono y nitrógeno en cuencas lacustres de alta montaña durante episodios hidrológicos intensos, estima de su peso relativo en los organismos . Esto con la finalidad de intentar analizar como este se verá afectado en un horizonte futuro bajo condiciones de cambio climático, que para España específicamente, se espera sean adversas (disminución en las precipitaciones, incremento en las temperaturas) de acuerdo a los modelos climáticos globales (MCG) de los ultimos escenarios de emisión del Panel Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático (IPCC) en su quinto informe (AR5).

Paralelamente, se analizará también una posible contradicción entre los resultados del modelo implementado para la cuenca del Lago Contraix (que es una subcuenca de San Nicolau) en ACOPLA y los obtenidos en la componente hidrológica del proyecto ISÓTOPOS Uso de isótopos estables y radiactivos en seguimiento e investigaciones a largo plazo (LTER) de los ecosistemas acuáticos de los Parques Nacionales , referente a los flujos asociados al acuifero y al interflujo: los resultados de ACOPLA el interflujo predominaba sobre el flujo base mientras que en ISÓTOPOS resultó a la inversa.

El modelo hidrológico se implementará a través del software de libre distribución TETIS en versión 9.0.1, el cual ha sido empleado exitosamente en múltiples casos de estudio previos y además, fue el programa en el que se desarrolló la hidrología de Contraix en ACOPLA. El modelo se reproducirá nuevamente para esta subcuenca a raíz de que se desarrolló en una versión anterior de TETIS (v8.0.3) y se recalibrará para tener en cuenta los resultados del proyecto ISÓTOPOS. Posteriormente se extenderá y validará en la cuenca del río San Nicolau.

TETIS requiere para su implementación información hidrometeorológica y cartográfica. La primera de ellas necesaria para la preparación del fichero de entrada que incluye series temporales de precipitación, temperatura, evapotranspiración potencial (estimada a partir de información de temperaturas mínimas, medias y máximas), radiación neta y caudales; ésta será proporcionada por el Centre d'Estudis Avançats de Blane (CSIC) en Blanes, España. La segunda, brinda la posibilidad de determinar los mapas de parámetros que representan el comportamiento de la cuenca y que introducen la variabilidad espacial, entre ellos, se incluyen el almacenamiento estático (Hu), la conductividad hidráulica del suelo (Ks), la permeabilidad del acuífero (Kp), el factor de vegetación a partir del mapa de cobertura vegetal, entre otros; esta partirá de la obtenida en ACOPLA para Contraix (que incluye comprobaciones y mediciones de campo) y se completará con información secundaria para los límites que estén fuera de esta subcuenca.

Para el análisis del impacto del cambio climático a nivel de balance hidrológico en la zona de estudio, la información será la brindada por la AEMET (Agencia Estatal de Meteorología de España). En este caso en particular se trabajará al menos con el escenario RCP 8.5, que es el más pesimista de todos en cuanto al nivel de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), y considerando que San Nicolau es una cuenca de alta montaña y se presentan procesos de acumulación y fusión de nieve. Este análisis permitirá determinar posibles alteraciones en el comportamiento hidrológico de la cuenca para horizontes temporales futuros, que pueden traer repercusiones positivas o negativas sobre el entorno, pero especialmente sobre el régimen de caudales y la evolución nival.

[EN] This project of master thesis proposes the implementation of a distributed hydrological model on a high mountain basin called San Nicolau, that is located in the National Park of Aigüestortes and San Mauricio Lake. which allows to know the behavior of the hydrological cycle under current conditions, estimating the entry flow, the exit flow and storagement; starting from one previously model implemented in the Lake Contraix sub-basin as part of the ACOPLA project "Coupling the hydrobiogeochemical cycles of carbon and nitrogen in a high mountain lake basins during intense hydrological episodes, estimation of their relative weight in organisms". This was done in order to try to analyze how the basin will be affected in a future horizon under conditions of climate change, which for Spain specifically, is expected to be adverse (decrease in precipitation, increase in temperatures) according to global climate models (GCM) of the latest emission scenarios of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) in its fifth report (AR5). At the same time, a possible contradiction will also be analysed between the results of the model implemented for the Lake Contraix basin (San Nicolau sub-basin) in ACOPLA and those obtained in the hydrological component of the ISOTOPOS project "Use of stable and radioactive isotopes in long-term monitoring and research (LTER) of the aquatic ecosystems of the National Parks", referring to the flows associated with the aquifer and the interflux. Due to the fact, in the ACOPLA results, the interflow predominates over the base flow; and in ISOTOPOS it seems that the base flow prevails. The hydrological model will be implemented through the free distribution software TETIS version 9.0.1, which has been successfully used in multiple previous case studies and was also the program in which the hydrology of Contraix was developed in ACOPLA. The model will be reproduced again for this subbasin because it was developed in an earlier version of TETIS (v8.0.3) and will be recalibrated if necessary, and then validated in San Nicolau. TETIS requires hydrometeorological and cartographic information for its implementation. The first of them is necessary for the preparation of the input files that include time series of precipitation, temperature, evapotranspiration (estimated from information of minimum, mean and maximum temperatures), net radiation and discharges; this will be provided by the Centre d'Estudis Avançats de Blane (CSIC) in Blanes, Spain. The second offers the possibility of determining the maps of parameters that represent the behaviour of the basin and that introduce spatial variability, including static storagement (Hu), the hydraulic conductivity of the soil (Ks), the permeability of the aquifer (Kp), the vegetation factor from the vegetation cover map, among others; this will start from the one obtained in ACOPLA for Contraix (which includes field checks and measurements) and will be completed with secondary information for the limits that are outside this subbasin. For the analysis of the impact of climate change referred to hydrological balance in the study area, the information will be provided by AEMET (Agencia Estatal de Meteorología de España). In this case, work will be done on scenario RCP 8.5, which is the most pessimistic of all as regards the level of greenhouse gas (GHG) emissions; considering that San Nicolau is a high mountain basin and there are processes of snow accumulation and melting. This analysis will make it possible to determine possible alterations in the hydrological cycle of the basin for future time horizons, which may have positive or negative repercussions on the environment, but especially on the flow regime and snowfall evolution.