Fluvial corridors in rivers regulated by large dams : automatic segmentation and bio-geomorphic responses = Riberas fluviales en ríos regulados por grandes presas : delineación automática y respuestas bio-geomorfológicas

Martínez Fernández, Vanesa (2018). Fluvial corridors in rivers regulated by large dams : automatic segmentation and bio-geomorphic responses = Riberas fluviales en ríos regulados por grandes presas : delineación automática y respuestas bio-geomorfológicas. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Montes, Forestal y del Medio Natural (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.52987.

Description

Title: Fluvial corridors in rivers regulated by large dams : automatic segmentation and bio-geomorphic responses = Riberas fluviales en ríos regulados por grandes presas : delineación automática y respuestas bio-geomorfológicas
Author/s:
  • Martínez Fernández, Vanesa
Contributor/s:
  • García de Jalón Lastra, Diego
  • González del Tánago del Río, Marta
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2018
Subjects:
Freetext Keywords: hidromorfología, ríos mediterráneos, segmentación de ríos, multivariante, métodos permutacionales, caracterización geomorfológica, regulación de ríos, cauce activo, vegetación de ribera, restauración, llanura de inundación, cambio climático, modelos hidrodinámicos, Salicaceae, REFORM = hydromorphology, Mediterranean rivers, river segmentation, multivariate methods, permutation methods, geomorphological characterization, flow regulation, active channel, riparian vegetation, restoration, floodplain, climate change, hydrodynamic models, Salicaceae
Faculty: E.T.S.I. Montes, Forestal y del Medio Natural (UPM)
Department: Sistemas y Recursos Naturales
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

A lo largo de los últimos siglos, los ríos han sido notablemente modificados respecto a sus condiciones naturales. Las alteraciones de origen antrópico, como los cambios en el uso del suelo y el agua causados por la urbanización y los usos agrícolas o, la alteración del régimen de caudales además de otros factores, se reflejan en una respuesta hidromorfológica del río, produciéndose por ejemplo ajustes en el trazado del cauce incluso en un corto periodo de tiempo. El estudio de la respuesta hidromorfológica de los ríos se ha convertido en un campo de estudio fundamental en el desarrollo de planes y estrategias de gestión que promuevan la conservación de este sistema, así como la mejora de sus condiciones si estas se encuentran en un estado degradado. En Europa, el campo de la hidromorfología adquiere un interés especial con la promulgación de la Directiva Marco del Agua que requiere la evaluación de las condiciones hidromorfológicas de las masas de agua y su mejora para alcanzar un estado adecuado. Esta Tesis trata de contribuir al conocimiento de las respuestas hidromorfológicas de los ríos frente a las presiones antrópicas como la regulación de caudales entre otras, introduciendo el papel relevante de la vegetación riparia que mantiene interacciones recíprocas con los procesos fluviales del cauce. La caracterización de la estructura fluvial y el estudio de su funcionamiento a diversas escalas resultan necesarios para el análisis hidromorfológico del sistema fluvial, su diagnóstico y la propuesta de medidas que reviertan su degradación. Por ello, en esta Tesis se han explorado en primer lugar metodologías univariantes y multivariantes de segmentación de ríos con criterio estadístico, dotando de objetividad y reproducibilidad el proceso de identificación de tramos de ríos homogéneos a los cuales se puedan asociar causas y efectos de su estado hidromorfológico. Dentro de este análisis metodológico, se ha comparado el funcionamiento de los distintos procedimientos utilizados y contemplado diferentes conjuntos de variables geomorfológicas. En segundo lugar, esta Tesis aborda el análisis de las respuestas biogeomorfológicas de los ríos frente a la regulación de caudales generada por grandes presas y embalses, considerando la posible sinergia con otras alteraciones antrópicas como cambios de la cobertura del suelo, tanto de la cuenca vertiente en su conjunto como de las inmediaciones de la llanura de inundación. Como una aplicación práctica de este análisis, se valoró la respuesta biogeomorfológica del sistema fluvial tras la implementación de un proyecto de restauración del cauce, a través del estudio de la recuperación de las comunidades pioneras de vegetación. Finalmente, en este trabajo de investigación se ha abordado la modelización de la evolución potencial de los corredores riparios sometidos a un gradiente de sequía del régimen de caudales en el contexto del cambio climático, utilizando técnicas avanzadas que a día de hoy son capaces de considerar las interacciones recíprocas entre la hidromorfología del cauce y el desarrollo de la vegetación. Gran parte de esta Tesis se ha realizado dentro del Proyecto REFORM, REstoring rivers FOR effective catchment Management (Grant Agreement No. 282656). Los resultados de esta Tesis ponen de manifiesto el gran interés que suscita la aplicación de herramientas y métodos apropiados para valorar la respuesta hidromorfológica de los ríos, que van desde el empleo de metodologías automáticas de segmentación de los cursos fluviales, la consideración de varias escalas espaciales y temporales para su caracterización, hasta la aplicación de técnicas avanzadas de modelización fluvial que combinan la dinámica geomorfológica del cauce con el desarrollo de la vegetación y hacen posible la predicción de trayectorias futuras de evolución. De esta forma, es posible cuantificar los efectos de las presiones antrópicas en los ríos y valorar los efectos de iniciativas de restauración, así como anticipar el estado de los cauces bajo diferentes escenarios hidrológicos. Todo ello contribuye al desarrollo de planes y estrategias de gestión que promuevan la mejora de las condiciones y la conservación de los sistemas riparios. ----------ABSTRACT---------- During the last centuries, rivers have been remarkably modified from their natural conditions. Anthropogenic influences, such as changes in land and water use caused by urbanization and agriculture, or the alteration of the flow regime, are reflected in the hydromorphological response of the river, e.g., new channel adjustments that happen even in the short term. The study of the hydromorphological response of rivers has become a fundamental field of study in the development of management plans and strategies that promote the conservation of rivers and the improvement of their status when needed. Especially in Europe, the field of hydromorphology has acquired a special interest in the context of the Water Framework Directive, which requires the evaluation of the hydromorphological conditions of water bodies and their environmental improvement to achieve proper status This thesis seeks to contribute to a better understanding of the hydromorphological responses of rivers facing human pressures such as flow regulation and of the crucial role of riparian vegetation that reciprocally interacts with morphological processes in the channel. The characterization of the fluvial structure and the study of its function at different scales represent unavoidable tasks for the hydromorphological analysis and assessment of fluvial systems and the proposal of measures to improve degraded conditions. For this reason, in this thesis, univariate and multivariate methods to segment the river continuum using statistical criteria have first been explored, giving objectivity and reproducibility to the process of the identification of homogenous river segments to which hydromorphological processes can be related. Within this methodological analysis, the performances of the procedure using different sets of geomorphological variables are compared. Second, this thesis analyses the biogeomorphic responses of rivers to flow regulation by large dams and reservoirs, considering the possible synergies with other anthropogenic disturbances such as land cover changes, both at the catchment scale and the floodplain scale. As a practical approach of this analysis, the biogeomorphic response of the fluvial system is assessed after the implementation of a restoration project by analysing the recoveries of the system complexity and the riparian vegetation communities. Finally, this research addresses themodelling of the potential evolution of the riparian corridors under climate change scenarios, taking advantage of the novel modelling techniques that consider the reciprocal interactions between the channel hydromorhodynamics and riparian vegetation development. An important part of this thesis has been developed within the REFORM project, REstoring rivers FOR effective catchment Management (Grant Agreement No. 282656). The results of this thesis highlight the great interest in using appropriate tools and methods to evaluate the hydromorphological responses of rivers, from the application of automatic segmentation methodologies, through the consideration of the characterization at multiple spatial and temporal scales, to the application of advanced modelling techniques that combine the channel morphodynamics with riparian vegetation development and make possible the predictions of future trends. By this method, the effects of anthropogenic pressures on rivers can be quantified, and the effects of restoration initiatives can be assessed; then, we can anticipate future trajectories under different hydrological scenarios. All this work contributes to the development of management plans and strategies that promote the improvement of hydromorphological conditions and the conservation of riparian systems.

Funding Projects

TypeCodeAcronymLeaderTitle
FP7282656REFORMSTICHTING DELTARESREstoring rivers FOR effective catchment Management
Government of SpainFPU 13/00784UnspecifiedUnspecifiedPrograma de Formación del Profesorado Universitario

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Item ID: 52987
DC Identifier: http://oa.upm.es/52987/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:52987
DOI: 10.20868/UPM.thesis.52987
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 14 Nov 2018 09:51
Last Modified: 13 May 2019 22:30
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