Assesing the effects of Global Change on ecological water quality of Mediterranean river basins

Abstract

Les conques fluvials mediterrànies estan subjectes a una gran demanda d’aigua per tal de satisfer les necessitats d’una població en continu creixement i d’altres activitats antropogèniques relacionades com la industrial, l’agricultura intensiva i les activitats turístiques. A més, aquestes zones presenten una forta variabilitat climàtica interanual, caracteritzada principalment per períodes de sequera a l’estiu que, representa una evident variabilitat en el règim anual de cabals dels rius, fent-los passar de ser rius permanents a rius temporals i, una variació en l’estat de qualitat de l’aigua. Des d’una perspectiva de context de Canvi Global, sorgeix la necessitat de construir nous indicadors ecològics per avaluar els efectes del Canvi Global en dues conques fluvials mediterrànies, com són les conques dels rius Tordera i Besòs (Nord-est de la Península Ibèrica). Aquestes dues conques hidrogràfiques són contigües, però tenen diferents règims hidrològics i mides poblacionals, de manera que les pressions i impactes són diversos i es consideren dos casos d’estudi que contribueixen a demostrar la transversalitat en altres conques fluvials mediterrànies. Per tal motiu, s’analitzen tres àmbits principals: l’ecològic a través de l’evolució de l’estat de la qualitat ecològica en les dues àrees d’estudi; l’antropogènic, avaluant la influència dels efluents dels sistemes de tractament d’aigües residuals sobre l’estat ecològic i explorant els principals efectes del canvi global a través dels Canvis d’Usos i Cobertes del Sòl (LULC); i el social, explorant les relacions entre les percepcions locals i l’estat de la qualitat ecològica. S’executa un model estadístic per desenvolupar el nou enfocament, correlacionant indicadors de l’estat de qualitat establerts per la Directiva Marc de l’Aigua (2000/60/EC) com indicadors biològics (macroinvertebrats, vegetació de ribera i algues diatomees) i fisicoquímics (amoni, nitrats, nitrits, fosfats i conductivitat) per avaluar l’estat ecològic dels sistemes fluvials amb l’anàlisi de canvis d’usos i cobertes del sòl (LULC) (àrees forestals arbrades, forestals no arbrades, urbanes, sòl nu forestal, agrícoles i aigües continentals). A més, es van afegir a aquest model, variables climàtiques i topogràfiques com l’índex de disponibilitat hídrica (WAI), la pendent i l’altitud, com a variables explicatives rellevants de la variació dels indicadors de qualitat de l’aigua. Els resultats mostren que aquesta nova i integradora avaluació té el potencial per avaluar els efectes del Canvi Global en un context mediterrani. Aquesta eina podria ser profitosa per tenir una major visió de la zona d’estudi i detectar els punts on centrar esforços en els següents plans i mesures de gestió fluvial.

Las cuencas fluviales mediterráneas están expuestas a una gran demanda hídrica con el fin de satisfacer las necesidades de una población en continuo crecimiento y de otras actividades antropogénicas relacionadas como la industrial, la agricultura intensiva y las actividades turísticas. Además, estas zonas presentan una fuerte variabilidad climática interanual, caracterizada principalmente por períodos de sequía en verano que, representa una evidente variabilidad en el régimen anual de caudales de los ríos, haciéndolos pasar de ríos permanentes a ríos temporales y, una variación en el estado de calidad del agua. Desde una perspectiva de contexto de Cambio Global, surge la necesidad de construir nuevos indicadores para evaluar los efectos del Cambio Global en dos cuencas fluviales mediterráneas, como son las cuencas de los ríos Tordera y Besòs (Nordeste de la Península Ibérica). Estas dos cuencas hidrográficas son contiguas, pero tienen diferentes régimenes hidrológicos y tamaños poblacionales, por lo que las presiones e impactos son diversos y se consideran dos casos de estudio que contribuyen a demostrar la transversalidad en otras cuencas fluviales mediterráneos. Para tal motivo, se analizan tres ámbitos principales: el ecológico a través de la evolución del estado de la calidad ecológica en ambas áreas de estudio; el antropogénico, evaluando la influencia de los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales sobre el estado ecológico y explorando los principales efectos del cambio global a través de los Cambios de Usos y Cubiertas del Suelo (LULC); y el social, explorando las relaciones entre las percepciones locales y el estado de la calidad ecológica. Se ejecuta un modelo estadístico para desarrollar el nuevo enfoque, correlacionando indicadores del estado de calidad establecidos por la Directiva Marco del Agua (2000/60 / EC) con indicadores biológicos (macroinvertebrados, vegetación de ribera y algas ) diatomeas) y fisicoquímicos (amonio, nitratos, nitritos, fosfatos y conductividad) para evaluar el estado ecológico de los sistemas fluviales con el análisis de cambios de usos y cubiertas del suelo (áreas forestales arboladas, forestales no arboladas, urbanas, suelo nudo forestal, agrícolas y aguas continentales). Además, se añadieron a este modelo, variables climáticas y topográficas como el índice de disponibilidad hídrica (WAI), la pendiente y la altitud, como variables explicativas relevantes de la variación de los indicadores de calidad del agua. Los resultados muestran que esta nueva e integradora evaluación tiene el potencial para evaluar los efectos del Cambio Global en un contexto mediterráneo. Esta herramienta podría ser provechosa para tener una mayor visión de la zona de estudio y detectar los puntos sobre los cuales centrar esfuerzos en futuros planes y medidas de gestión fluvial.

Mediterranean river basins are exposed to a great water demand to meet the needs of the increasing population and other anthropogenic activities related such as the development of industry, intensive agriculture and tourism activities. In addition, these areas have strong inter-annual climatic variability mainly characterized by a dry period in summers, which represents an evident variability in rivers discharge annual regime, from permanent to temporal and a variation in the water quality status. From this Global Change context, springs up the need to build new indicators to evaluate the impacts of Global Change in two Mediterranean river basins such as Tordera and Besòs river basins (North-East Iberian Peninsula). These two river basins are contiguous but have different hydrological regimes and population sizes, so pressures and impacts are diverse and are considered as two study cases which contributes to increase transferability to other Mediterranean river basins. For that purpose, three main scopes are analysed three main scopes: the ecological through the evolution of the ecological quality status in both study areas; the anthropogenic, assessing the influence of wastewater treatment plants effluents on the ecological status and exploring the main Global Change effects through Land Use Land Cover (LULC) changes; and the social, exploring relationships between local perceptions and ecological quality status. A model is run for developing the new approach, correlating water quality indicators stablished by the Water Framework Directive (2000/60/EC) such as biological indicators (macroinvertebrates, riparian vegetation and diatoms), physicochemical indicators (ammonium, nitrates, nitrites, phosphates and conductivity) to assess the ecological status of the water systems with the Land Use and Land Cover Changes Analysis (forest grassland and shrubs, urban, bare forested soil, crops and continental waters areas). In addition, climatic and topographic variables such as the slope, the altitude and the Water Availability Index (WAI) were added to this model as important explanatory variables to the variation of the water quality indicators. The results show that this new and comprehensive assessment has the potential to assess the Global Change effects in a Mediterranean context. This tool could be profitable to provide a wider vision of a studied area and to detect the locations to focus future management plans and measures.