Aplicación de un modelo dinámico de multisimulación de cultivos para la evaluación de las necesidades hídricas en las zonas de La Mancha Oriental (Júcar) y La Crau (Ródano)

Abstract

[EN] The European research project AGADAPT (Climate-KIC) intended to do the evaluation of model water resources in the context of climate change. Combining innovative technologies based on modelling and knowledge, AGADAPT demonstrated the added value offered by the state of the art research results for the management of water resources in agriculture. The project was divided into three working groups. The second working group of the project (WP2) aimed to test different models to assess water resources at river basin level. Therefore, they were evaluated and implemented various models for forecasting water resources, considering the drivers of global change (climate change and land use). For each model, was required data description and evaluation of the various pilot sites and provided simulation scenarios. WP2 dealt with water resources at the regional scale in the global context of climate change, using 2001-2010 as the current scenario and the prospects for change in the future scenario 2037-2065. The project demonstrated the potential of the state of the art of hydrometeorological models combined with models of water demand, for prospective studies on available water resources for agriculture. The initial activities were devoted to the study of the evolution of the models and an inventory of existing modelling framework. This allowed having an opinion about them and emphasizing the added value of the proposed model compared with the existing approaches. Thus several models and pilot sites were considered. INRA led the implementation of STICS model with the multi-simulation module in the areas of La Crau and La Mancha Oriental. STICS is a daily crop model, developed by INRA since 1996 (N. Brisson et al., 2003) with input variables related to climate, soil, crops and agronomic techniques, and output variables related to yield in terms quantity and quality and to the environment and in terms of drainage and nitrate leaching. STICS is applied to crop parcel scale. The specific objectives of this Master’s Final Work can be shown in the following contributions to the project with the work developed at INRA for the simulations with the STICS model:

(1) Direct participation in the work of WP2, developing the database required for the pilot study area in the Júcar river basin, with particular interest in the details needed in La Mancha Oriental area where simulations were implemented. The database elaborated contains information on climate, soil and land use, crop species and agronomic techniques used in the study area. This database will be used by different models to evaluate in the project. Reviews and corrections were also needed in the database of La Crau area where simulations were also implemented. (2) Preparation and configuration of input variables needed in the simulation process using the STICS model and implementation of the model simulations on the Crau aquifer belonging to Rhone basin (Albert Olioso et al., 2013) and the area of La Mancha Oriental in the Jucar river basin. As a new point it was evaluated, reviewed and applied the STICS model of the study areas using Multisim STICS, one of its latest developments executing simultaneous and spatialized simulation in all the plots. This process of Multi-simulation also provides the ability to run simulations using combinations of input variables, such as variation in the sowing date or the amount of water used in irrigation stages. With these combinations it was possible to obtain an aggregation of results that fit in better as the reality of the process. (3) It is intended as the ultimate objective, to demonstrate the validity of the model in different places of study, obtaining reasonable results with available data. Then this model was applied in the context of future climate change. Implementation of the model over the Crau was more accurate because in this area there was a lot of information available and it was done lot of work by INRA in previous projects. Therefore the model had been calibrated before in this area and it was possible to obtain good indicators for assessing the tool concerning aquifer piezometry, water consumption for irrigation and agricultural production. These indicators provided satisfactory results, reflecting an adaptation of the model to the reality of the process showing a decrease in groundwater levels and drainage in years of drought and some increase in irrigations in those years to obtain an optimum crop production. For the future climate scenarios although rainfall was overestimated, a slight decrease in the recharges to the aquifer and increase of crop water needs were observed. The Implementation of the model over La Mancha Oriental area was a simple approximation, but results have shown that with simple assumption and without any calibration we arrive in first attempt to interesting results on water increasing needs for irrigation in dry years and good yield results in the study area comparing with statistics based on real data.

[ES] Dentro del proyecto Europeo de investigación AGADAPT (Climate-KIC), se pretendía realizar la evaluación de modelos de recursos hídricos en un contexto de cambio climático. Combinando el conocimiento basado en las innovadoras tecnologías y la modelización, AGADAPT demostró el valor añadido ofrecido por el estado del arte de los resultados de investigación para la gestión de los recursos hídricos en la agricultura. El proyecto constaba de tres grupos de trabajo. El segundo grupo de trabajo de dicho proyecto (WP2) tenía como objetivo probar diferentes modelos para evaluar los recursos hídricos a escala de cuenca hidrográfica. Por tanto, fueron evaluados e implementados diferentes modelos para hacer previsiones de recursos hídricos, considerando los conductores del cambio global (cambio climático y uso del suelo). Para cada modelo se proporcionó una descripción y datos requeridos, así como la evaluación de los diferentes sitios piloto y escenarios de simulación. El WP2 aborda los recursos hídricos a nivel regional en el contexto global de cambio climático, utilizando el periodo 2001-2010 como escenario actual, y las perspectivas de cambio en el escenario futuro 2037-2065. El proyecto demostró el potencial del estado del arte de los modelos hidrometeorológicos combinados con los modelos de demanda hídrica, para hacer estudios prospectivos sobre los recursos hídricos disponibles para la agricultura. Las actividades iniciales se dedicaron al estudio de la evolución de los modelos y realización de un inventario del marco de modelización existente. Todo ello permitió tener una opinión acerca de ellos y hacer hincapié en el valor añadido del modelo que se propuso en comparación con los enfoques existentes. De esta forma se consideraron varios modelos y sitios piloto. El INRA lideró la implementación del modelo STICS con su módulo de multi-simulación, en las zonas de La Crau y La Mancha Oriental. STICS es un modelo de cultivo de paso diario, desarrollado por el INRA desde 1996 (N. Brisson et al., 2003) con variables de entrada relacionadas con el clima, suelo, cultivos y técnicas, y variables de salida relacionadas con el rendimiento en términos de cantidad y calidad y el medio ambiente en términos de drenaje y lixiviación de nitratos. STICS se aplica a escala de parcela agrícola. Los objetivos específicos de este Trabajo Fin de Máster se concretaron en las siguientes aportaciones al proyecto en base al trabajo desarrollado en el INRA para las simulaciones con el modelo STICS: (1) La participación directa en las tareas del WP2, desarrollando la base de datos necesaria para la zona piloto de estudio en la cuenca del río Júcar, prestando especial interés en el detalle que precisaba la zona de La Mancha Oriental donde se implementaron las simulaciones. La base de datos que se elaboró, contiene información de clima, suelo y usos, especies de cultivo y técnicas agronómicas empleadas en el área de estudio. Dicha base de datos fue utilizada por los diversos modelos a evaluar en el proyecto. También fue necesaria una revisión y correcciones en la base de datos de la zona de La Crau donde también se implementaron las simulaciones.

(2) Preparación y parametrización de las variables de entrada necesarias en el proceso de simulación mediante el modelo STICS, y ejecución de las simulaciones mediante dicho modelo sobre el acuífero de la Crau perteneciente al Ródano (Albert Olioso et al., 2013) y la zona de la Mancha Oriental en la cuenca del río Júcar. Como punto novedoso se evaluó, revisó y aplicó el modelo STICS sobre las zonas de estudio usando MultiSim STICS, uno de sus últimos desarrollos en el que se permite la ejecución simultánea y espacializada de simulaciones en todas las parcelas de cultivo. Dicho proceso de Multi-simulación también ofrece la posibilidad de ejecutar las simulaciones utilizando posibles combinaciones de las variables de entrada, como la variación en la fecha de siembra o la cantidad de agua empleada en las etapas de riego. Con estas combinaciones se pudo obtener posteriormente una agregación de resultados que se ajustaran en mejor medida a la realidad del proceso. (3) Se pretendía como último objetivo, demostrar la validez de los modelos en diferentes lugares de estudio, obteniendo resultados razonables con datos accesibles. Posteriormente se pudo aplicar dicho modelo en un contexto de cambio climático futuro. La implementación del modelo sobre La Crau fue más precisa ya que en esta zona se disponía de mucha información y trabajos realizados por el INRA en proyectos anteriores. Por tanto el modelo ya había sido calibrado con anterioridad en esta zona y se pudieron obtener buenos indicadores para la evaluación de los resultados de la herramienta referentes a la piezometría del acuífero, los consumos de agua para el riego y la producción agrícola. Dichos indicadores arrojaron unos resultados satisfactorios y reflejaron una adecuación del modelo a la realidad del proceso, evidenciando descensos de los niveles piezométricos y en los drenajes en las épocas de sequía y aumentos de riego en los dichos periodos para conseguir una producción óptima de los cultivos. En cuanto a los escenarios climáticos futuros aunque la precipitaciones se sobre estimaron se observó un ligero descenso en la recarga sobre el acuífero y un aumento en las necesidades hídricas de los cultivos. La implementación del modelo sobre La Mancha Oriental se trataba de una aproximación sencilla ya que no se habían realizado calibraciones del modelo sobre esta zona de estudio, pero reflejó resultados interesantes en cuanto a las crecientes necesidades de riego para los cultivos en épocas de sequía y la adecuación de los resultados del modelo en cuanto a producciones de cultivos en la zona de estudio comparando con estadísticas oficiales basadas en datos reales.