Desarrollo e implementación de herramientas matemáticas para el modelado de la eutrofización en sistemas costeros semi-encerrados eutróficos e hipereutróficos
- Autores: Pilar del Barrio Fernández
- Directores de la Tesis: Andrés García Gómez (dir. tes.), José Antonio Revilla Cortezón (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2015
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Raúl Medina Santamaría (presid.), Edna Carla Janeiro Cabecinha da Câmara Sampaio (secret.), Adolfo Uriarte (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Los sistemas costeros semi-encerrados (Semi-Enclosed Coastal Systems, SECS) engloban lagunas costeras y aguas de transición, y son importantes sistemas ecológicos con un considerable valor socio-económico. Sin embargo, la geomorfología de los SECS los hace especialmente vulnerables a cambios tales como el aumento del nivel del mar. Además, las actividades humanas y el desarrollo agrícola e industrial afectan a la función de estos ecosistemas costeros, provocando las fuertes presiones antropogénicas a las que están sometidos la eutrofización de los mismos.
La eutrofización tiene una serie de efectos indeseables sobre estos sistemas, que perjudican gravemente la calidad del agua ya que incrementa el crecimiento de floraciones algales, el agotamiento de oxígeno, y provoca la pérdida de hábitats como las praderas marinas entre otras consecuencias. Cabe destacar, que los estados que causan mayor preocupación son los eutróficos e hipereutróficos, siendo necesario analizar en profundidad los sistemas que presentan este tipo de estados.
El comportamiento de los SECS con graves problemas de eutrofización es complejo y difícil de predecir, debido a los diferentes procesos que los gobiernan. Para facilitar esta tarea, existen diferentes modelos matemáticos que por lo general son muy complejos, requieren gran cantidad de datos, y se utilizan de manera general tanto para SECS eutróficos como para hipereutróficos. Además, estos modelos utilizan formulaciones no espectrales para determinar la atenuación de la luz en el agua, que es un factor crítico en la preservación de la vegetación acuática sumergida, cobrando especial importancia este proceso en los sistemas eutróficos. Además, un exhaustivo análisis del estado del arte ha revelado la necesidad de ahondar más en el efecto que producen la eutrofización y la subida del nivel del mar sobre la atenuación de la luz en el agua mediante modelado numérico, así como en la elaboración de herramientas de modelado simplificadas cuya selección de procesos presente un equilibrio entre generalidad, realismo y precisión. El estado del arte también resalta la tendencia actual al acoplamiento y conexión de modelos existentes. Por todo ello, en esta Tesis se han desarrollado nuevas herramientas de modelado ecológico para evaluar y describir el comportamiento de SECS eutróficos e hipereutróficos, ahondando además en el conocimiento del funcionamiento de dos sistemas costeros semi-encerrados, la Albufera de Valencia, y West Falmouth Harbor.
Por otra parte, los dos modelos matemáticos desarrollados presentan diferentes grados de complejidad. El primero es un modelo simplificado para sistemas hipereutróficos, y el segundo es un sistema de modelado para sistemas eutróficos. A pesar de los distintos grados de complejidad y de las diferencias en los procesos que gobiernan cada uno de ellos, cabe destacar que ambos tienen una alta resolución espacial. El primer modelo se ha desarrollado íntegramente, y el segundo se ha elaborado a partir del acoplamiento y conexión de distintos modelos existentes, a los cuales se les han realizado algunas mejoras. El acoplamiento de modelos ha resultado ser un método eficaz para la modelización de sistemas eutróficos, que presentan una mayor complejidad en cuanto a los procesos que los gobiernan respecto a los eutróficos, demostrándose de esta manera la idoneidad del acoplamiento de modelos existentes con la propuesta de una nueva configuración.
Ambos modelos han sido adecuadamente calibrados con datos de campo, y se han aplicado obteniendo resultados satisfactorios en las áreas de estudio seleccionadas para tal fin. El modelo hipereutrófico, ha sido calibrado y validado para una laguna costera altamente regulada, con grandes presiones antropogénicas, siendo uno de los casos más complejos a los que se puede aplicar este tipo de modelos. Por otra parte, el sistema de modelado eutrófico ha sido capaz no sólo de simular la evolución de la concentración de clorofila-a en el sistema bajo estudio, sino también de predecir la potencial desaparición del hábitat de Zostera marina debido a los efectos tanto de la eutrofización como de la potencial subida del nivel del mar debido al cambio climático. Esto ha sido posible, debido a la formulación espectral de atenuación de la luz en el agua, que ha favorecido a conseguir una mayor exactitud en las predicciones del modelo y que ha posibilitado el acoplamiento de un modelo bio-óptico para la determinación del hábitat de Zostera marina.
Finalmente, destacar que el nuevo modelo simplificado desarrollado en la presente Tesis para sistemas hipereutróficos ha sido capaz de caracterizar la eutrofización en un SECS fuertemente regulado, describiendo con alta resolución espacial y temporal la evolución de la concentración de clorofila-a durante un año. Por otra parte, el nuevo sistema de modelado acoplado ha demostrado ser una herramienta eficaz y flexible para describir procesos ecológicos específicos en sistemas eutróficos. De hecho, este estudio contribuye a los esfuerzos de modelado existentes proporcionando una nueva implementación, acoplamiento y conexión de modelos que no sólo describe la concentración de clorofila-a, sino también el hábitat potencial de Zostera marina en términos de la disponibilidad de luz en SECS eutróficos.
