Assessment of riparian evolution in large rivers facing human pressures

Fazelpoor, Khosro (2022). Assessment of riparian evolution in large rivers facing human pressures. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Montes, Forestal y del Medio Natural (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.71641.

Description

Title: Assessment of riparian evolution in large rivers facing human pressures
Author/s:
  • Fazelpoor, Khosro
Contributor/s:
  • García de Jalón Lastra, Diego
  • Martínez Fernández, Vanesa
Item Type: Thesis (Doctoral)
Read date: 2022
Subjects:
Freetext Keywords: Geomorphology; Large River; Anthropogenic; Machine Learning; Floodplain; Remote Sensing; Hydro-morphology; Flow Regulation; Water Transfer = Geomorfología; Gran río; Antrópico; Machine learning; Llanura de inundación; Teledetección; Hydromorfología; REgulación de caudales; Trasvase de agua
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

Generally, human pressures including dam construction, land use conversion in the floodplains and inter basin water transfers are considered determinant drivers of change on the surrounded environment. These anthropogenic effects are reflected in the hydro-morphological response of the river which lead to morphological changes through passing decades. This thesis seeks to contribute to a better understanding of the evolution in large rivers facing human pressure such as water transfer, changes in international policy, flow regulation, river regulation, and etc. with remote sensing as the main source of information. The analysis of the river character and the assessment of the river structure and its function at large scale represent crucial investigation to evaluate the river alteration. For this reason, in this thesis the assessment of the geomorphological changes in parallel with the land use and land cover changes in the floodplain were evaluated by using remote sensing techniques (i.e., aerial photo digitization, and machine learning including Support Vector Machine and Neural Network). Moreover, a complementary diagnosis has been carried out by combining different approaches: (1) Simple geomorphological indicators, (2) Specific geomorphic indexes, (3) Landscape metrics and (4) Transition matrices by using machine learning or manual digitization, together with the analysis of flow discharges.This methodological procedure allowed investigating landscape patterns from continuous long-term interaction between different categories in the floodplain zone and river hydro-geomorphology at time scales relevant to tracking the impact of the river alterations. The geomorphological evolution found in the rivers is explained by the synergic combination of different human pressures along time in the study areas. Flow regulation by large dams influenced this evolution, together with water-transfer and floodplain occupation by farmland activities that were more relevant in the last years leading to channel narrowing in all three study cases. River dynamisms, figured out as the amount of area subject to rejuvenation and succession processes was reduced along the study period, while artificialization has been continually increasing. In summary, three large rivers under Mediterranean and semi-arid climates, respond to the main driving factor (irrigation farming demand) with similar pressures (large dams, water transfers, increasing the farming lands, and riparian occupation) by reducing their active channel and by a generalized incision process. ----------RESUMEN---------- Generalmente, las presiones de origen antrópico, incluyendo la construcción de presas, la conversión de usos en la llanura de inundación y los trasvases de agua entre cuencas, son agentes de cambio determinantes en el medio ambiente. Estos efectos antrópicos se reflejan en la respuesta hydromorfológica del río apreciándose cambios morfológicos a lo largo de las décadas. Esta tesis contribuye a una mejor comprensión de la evolución de grandes ríos afectados por presiones antrópicas como los trasvases de agua, los cambios en política internacional, la regulación de caudales, etc., siendo la teledetección la principal fuente de información. El análisis de las características del río y la valoración de su estructure y función a gran escala representan una investigación crucial para evaluar la alteración de los ríos. Por esta razón, en esta tesis la valoración de los cambios geomorfológicos paralelamente con los cambios de usos y coberturas en la llanura de inundación fueron evaluados mediante técnicas de teledetección, es decir, digitalización en ortofotografía aérea y algoritmos de aprendizaje automático (machine learning) incluyendo Support Vector Machine y Neural Networks. Además, se ha realizado una diagnosis complementaria combinando diferentes enfoques: (1) indicadores geomorfológicos sencillos, (2) Índices geomorfológicos específicos, (3) métricas de paisaje y (4) matrices de transición utilizando algoritmos de aprendizaje automático o digitalización manual, junto con el análisis de caudales. Este procedimiento metodológico permitió la investigación de los patrones del paisaje resultantes de la continua interacción a largo plazo entre las coberturas en la llanura de inundación y las condiciones hidromorfológicas del río a una escala de tiempo relevante para describir la trayectoria del impacto en la alteración del río. La evolución geomorfológica experimentada por los ríos analizados queda explicada por la combinación sinérgica de las presiones humanas a lo largo del tiempo en las áreas de estudio. La regulación de caudales por grandes presas determina esta evolución, junto con los trasvases de agua entre cuencas y la ocupación de la llanura de inundación por actividades agrícolas que son más relevantes en los últimos años conduciendo a un estrechamiento del cauce en los tres casos considerados. El dinamismo del río, considerado como la cantidad de área sujeta a procesos de rejuvenecimiento o sucesión se ha visto reducida a lo largo del periodo de estudio, mientras que la artificialización ha crecido progresivamente. En definitiva, los tres grandes ríos analizados, sujetos a climas Mediterráneos y semi-áridos, responde a un agente principal (demanda de riego y agricultura) con presiones similares (largas presas, trasvases de agua, y ocupación de la llanura de inundación) mediante la reducción del cauce activo y un proceso generalizado de incisión.

Funding Projects

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Government of SpainFJC2018-035451-IUnspecifiedUnspecifiedUnspecified

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Item ID: 71641
DC Identifier: https://oa.upm.es/71641/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:71641
DOI: 10.20868/UPM.thesis.71641
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 19 Sep 2022 10:57
Last Modified: 20 Sep 2022 09:26
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