Impacto del cambio climático sobre los eventos extremos de precipitación e inundaciones para el diseño de infraestructuras hidráulicas

Garijo Sarría, Carlos (2020). Impacto del cambio climático sobre los eventos extremos de precipitación e inundaciones para el diseño de infraestructuras hidráulicas. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.65574.

Description

Title: Impacto del cambio climático sobre los eventos extremos de precipitación e inundaciones para el diseño de infraestructuras hidráulicas
Author/s:
  • Garijo Sarría, Carlos
Contributor/s:
  • Mediero Orduña, Luis
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2020
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM)
Department: Ingeniería Civil: Hidráulica, Energía y Medio Ambiente
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Las inundaciones suponen uno de los principales riesgos naturales a los que la sociedad se enfrenta, debido a los costes económicos asociados e incluso a la pérdida de vidas humanas. En las últimas décadas, se ha podido observar cómo las inundaciones en Europa y más en concreto en España han cambiado, no solo en magnitud sino también en fecha de ocurrencia. Además, se espera que dichos cambios se acentúen en el futuro como consecuencia del cambio climático, como anticipa el Panel Interguvernamental sobre Cambio Climático. Por ello, es muy recomendable estudiar cómo el cambio climático puede afectar a las inundaciones en el futuro. Esta Tesis analiza el impacto del cambio climático sobre los extremos hidrológicos, tanto de precipitaciones como de avenidas en España, ya que ambas variables, la precipitación y el caudal, son las que definen el diseño de las obras hidráulicas. Para ello, se han utilizado las proyecciones climáticas regionalizadas disponibles en el momento de comenzar la investigación, que provienen de dos fuentes de información: AEMET y CORDEX; que utilizan técnicas de regionalición diferentes, estadística y dinámica, respectivamente. Las proyecciones seleccionadas consideran dos escenarios de emisiones futuros: el RCP 4.5, emisiones de gases de efecto invernadero intermedias, y el RCP 8.5, escenario de altas emisiones. En total, considerando los distintos escenarios de emisiones y técnicas de regionalización, se han empleado 38 proyecciones climáticas. La metodología propuesta parte del análisis del ajuste estadístico de las proyecciones climáticas a los datos observados en el periodo de control, mediante una serie de estadísticos que permiten identificar los posibles sesgos de los modelos climáticos a la hora de simular el comportamiento real de la precipitación. Considerando los eventos extremos, los resultados del análisis muestran que el mejor ajuste corresponde a los modelos CORDEX, que utilizan una regionalización dinámica, seguido por el método de análogos de regionalización estadística de AEMET, y terminando por el método SDSM también de regionalización estadística de AEMET. En base a estos resultados, se realiza un análisis estadístico de frecuencia sobre las proyecciones climáticas de precipitación suministradas por el programa CORDEX, obteniendo las tasas de cambio esperables en el futuro en los cuantiles de precipitación máxima diaria a escala nacional en España. Los resultados muestran un patrón norte-sur, en el que en el norte peninsular se esperan precipitaciones mayores que las actuales, mientras que en el sur se espera que sean menores. Los cambios positivos se concentran principalmente en algunos puntos de la costa mediterránea y en la zona central de la cuenca del rio Duero y algunas zonas de las Islas Baleares. Por su parte, los cambios negativos, se pueden encontrar principalmente en el sureste de la Península y en la cabecera de la cuenca del río Tajo. Estos cambios son más evidentes para el escenario de emisiones más altas. Finalmente, se estudia la influencia de los cambios esperables en la precipitación, debidos a la acción del cambio climático, sobre los caudales punta de avenida. Para tal fin, se desarrolla una metodología fácil de implementar para realizar estudios de impacto del cambio climático sobre las inundaciones. Se ha seleccionado una cuenca situada en el norte de España como caso de estudio, la cuenca del río Arga. Se emplea un modelo hidrológico conceptual, calibrado específicamente a la cuenca de estudio, para cuantificar los cambios esperables en los cuantiles de caudales máximos en el futuro. Los resultados indican un aumento de la magnitud de las inundaciones en el futuro para los modelos CORDEX en el escenario RCP 8.5, y una reducción en ambos escenarios de emisiones con los modelos AEMET. También se aprecia, esta vez en ambas fuentes de información y en ambos escenarios, un retraso en la ocurrencia de las inundaciones máximas anuales desde finales de otoño hacia finales del invierno, así como en los caudales máximos provocados por el deshielo en primavera. ----------ABSTRACT---------- Floods are one of the main natural hazards that society faces, due to their economic losses and even human casualties. In recent decades, it has been observed how floods have changed not only in their magnitude but also in the date of occurrence in Europe, and more specifically in Spain. Furthermore, such changes are expected to be amplified in the future as a consequence of climate change, as anticipated by the Intergovernmental Panel on Climate Change. Therefore, it is crucial to study how climate change could affect floods in the future. This thesis analyzes the impact of climate change on hydrological extremes, both rainfall extreme events and floods, in Spain, as both precipitation and streamflow are the main variables considered for designing hydraulic infrastructures. The regionalized climate projections that were available at the beginning of this research have been used, consisting of two sources of information: AEMET and CORDEX. Each source uses a different regionalization technique, statistical and dynamic, respectively. The selected projections consider two future emission scenarios or representative concentration pathways: RCP 4.5, with an intermediate greenhouse gas emission scenario, and RCP 8.5, a scenario of high greenhouse gas emissions. A total of 38 climate projections have been used, considering both emission scenarios and different regionalization techniques. The methodology begins with analysis to assess how the climatic projections are able to represent the statistical behavior of the observed data in the control period. A set of statistics is used to identify biases in climate models when simulating the actual behavior of precipitation. Considering extreme events, the results show that the CORDEX models can simulate the observations more adequately than the AEMET models, as CORDEX projections are obtained by using dynamic regionalization. For the AEMET projections, the simulations generated by the analogs method are better than those simulated by using the SDSM method. Therefore, a statistical frequency analysis was conducted over the precipitation projections supplied by the CORDEX programme, obtaining the expected delta changes in annual maximum daily precipitation quantiles in the future, at a national scale in Spain. The results show a north-south pattern, where precipitation quantiles will increase in the northern part of the Iberian Peninsula in the future, while they will decrease in the south. The positive changes are especially located in some points of the Mediterranean coast, in the central area of the Douro river basin and in some parts of the Balearic Islands. On the other hand, the negative changes are located in the southeastern part of the Iberian Peninsula and in the head of the Tagus river basin. The changes are more evident for the scenario with higher greenhouse gas emissions. Finally, a methodology was developed to asses the influence of the expected changes in precipitation quantiles in the future due to the climate changeon flood peak quantiles, at the catchment scale. The Arga river catchment was selected as a case study, which is located in the northern part of Spain. A conceptual continuous hydrological model, specifically calibrated to the selected catchment, was used to assess the changes in streamflows and, therefore, in floods, by using the climate projections in the future. The CORDEX models in the RCP 8.5 point to an increase in the magnitude of flood quantiles in the future. A reduction in flood quantiles for both emission scenarios with the AEMET models was found. Furthermore, changes in the timing of occurrence of floods were found in both climate projection sources and in both scenarios, consisting in a delay from late autumn to late winter, as well as in a change in spring thaw floods.

Funding Projects

TypeCodeAcronymLeaderTitle
Government of SpainCGL2014-52570-RPOSEIDoNUnspecifiedImpacto del Cambio Climático sobre la ley de frecuencia bivariada de avenidas

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Item ID: 65574
DC Identifier: http://oa.upm.es/65574/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:65574
DOI: 10.20868/UPM.thesis.65574
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 27 Nov 2020 05:55
Last Modified: 26 May 2021 22:30
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