Caracterización de alteraciones biofísicas en ríos de montaña con aprovechamientos hidroeléctricos. Identificación, medición y experimentación

Abstract

Aquesta tesi investiga els processos biofísics i les alteracions en rius de muntanya regulats per aprofitaments hidroelèctrics, incloent-hi l'estudi de la mobilitat de sediments, el règim tèrmic, les comunitats aquàtiques i el desenvolupament d'una conca experimental per a estudis ecohidrològics. Mitjançant un enfocament multitemporal i multiespacial aplicat a quatre casos d'estudi, s'analitza com la regulació hídrica associada a la producció d'electricitat té efectes sobre la dinàmica fluvial i afecta l'estructura dels ecosistemes aquàtics. Els resultats mostren que la determinació correcta de l'inici del moviment dels sediments és la base per a comprendre la configuració morfosedimentària dels llits fluvials, fet que al seu torn influeix en la connectivitat del riu i en l'heterogeneïtat del seu hàbitat físic. A més, es posa en evidència que les alteracions tèrmiques associades als aprofitaments hidroelèctrics afecten a la concentració d'oxigen i als cicles biològics d'espècies sensibles, com els macroinvertebrats bentònics. Aquestes variacions tèrmiques també modifiquen les característiques limnològiques de l'aigua, afectant la distribució espacial de les comunitats aquàtiques. Per abordar aquests fenòmens, s'han desenvolupat i aplicat metodologies innovadores i tecnologies de monitoratge avançades, incloent-hi sistemes que cobreixen diferents escales del riu i diverses escales temporals. La integració d'aquests mètodes en els diversos trams d'estudi ha permès identificar i mesurar aquests processos biofísics a múltiples escales, proporcionant una base sòlida per a comprendre la dinàmica fluvial en rius de muntanya regulats; i ha estat la base per dissenyar i implementar un tram de conca experimental en eco-hidrologia. Aquesta investigació representa un pas més en el coneixement de les interaccions entre processos físics i ecològics en els ecosistemes fluvials, oferint eines científiques i tècniques per a la conservació de l'estructura i el funcionament dels rius de muntanya, així com per a la gestió sostenible dels recursos hídrics associats. Paraules clau: Processos biofísics, impactes, rius de muntanya, aprofitaments hidroelèctrics, mobilitat de sediments, règim tèrmic, comunitats aquàtiques, conca experimental, ecohidrologia, enfocament multitemporal i multiespacial, regulació hídrica, dinàmica fluvial, connectivitat del riu, heterogeneïtat de l'hàbitat físic, alteracions tèrmiques, macroinvertebrats bentònics, característiques limnològiques, monitoratge avançat, metodologies innovadores, tecnologies de monitoratge, escales temporals i espacials, conservació d'ecosistemes fluvials, gestió sostenible de recursos hídrics.

Esta tesis investiga los procesos biofísicos y las alteraciones en ríos de montaña regulados por aprovechamientos hidroeléctricos, incluyendo el estudio de la movilidad de sedimentos, el régimen térmico, las comunidades acuáticas y el desarrollo de una cuenca experimental para estudios eco-hidrológicos. A través de un enfoque multitemporal y multiespacial aplicado a cuatro casos de estudio se analiza cómo la regulación hídrica asociada a la producción de electricidad tiene efectos sobre la dinámica fluvial y afecta a la estructura de los ecosistemas acuáticos. Los resultados muestran que la correcta determinación del inicio del movimiento de sedimentos es la base para comprender la configuración morfosedimentaria de los cauces, hecho que a su vez influye en la conectividad del río y en la heterogeneidad de su hábitat físico. Además, se evidencia que las alteraciones térmicas asociadas a los aprovechamientos hidroeléctricos afectan la concentración de oxígeno y los ciclos biológicos de especies sensibles, como los macroinvertebrados bentónicos. Estas variaciones térmicas también modifican las características limnológicas del agua, afectando a la distribución espacial de las comunidades acuáticas. Para abordar estos fenómenos, se han desarrollado y aplicado metodologías innovadoras y técnicas de monitoreo avanzadas, incluyendo sistemas que cubren diferentes escalas del río y diversas escalas temporales. La integración de estos métodos en diversos tramos de estudio ha permitido identificar y medir los procesos biofísicos a múltiples escalas, proporcionando una base sólida para comprender la dinámica fluvial en ríos de montaña regulados; y ha sido la base para diseñar e implementar un tramo de cuenca experimental en eco-hidrología. Esta investigación constituye un paso más en el conocimiento de las interacciones entre procesos físicos y ecológicos en ecosistemas fluviales, ofreciendo herramientas científico-técnicas para la conservación de la estructura y el funcionamiento de ríos de montaña y gestión sostenible de los recursos hídricos asociados. Palabras clave: Procesos biofísicos, impactos, ríos de montaña, aprovechamientos hidroeléctricos, movilidad de sedimentos, régimen térmico, comunidades acuáticas, cuenca experimental, eco-hidrología, enfoque multitemporal y multiespacial, regulación hídrica, dinámica fluvial, conectividad del río, heterogeneidad del hábitat físico, alteraciones térmicas, macroinvertebrados bentónicos, características limnológicas, monitoreo avanzado, metodologías innovadoras, tecnologías de monitoreo, escalas temporales y espaciales, conservación de ecosistemas fluviales, gestión sostenible de recursos hídricos.

This thesis investigates the biophysical processes and alterations on regulated mountain rivers affected by hydropower developments, including the study of sediment mobility, thermal regime, aquatic communities, and the development of an experimental watershed for eco-hydrological studies. Through a multitemporal and multispatial approach applied to four case studies, it analyses how hydrological regulation associated with electricity production impacts fluvial dynamics and affects the structure of aquatic ecosystems. The results show that the correct determination of the initiation of sediment movement is fundamental to understanding the morphosedimentary configuration of riverbeds, which in turn influences river connectivity and habitat physical heterogeneity. Additionally, thermal alterations associated with hydropower developments affect oxygen concentrations and the biological cycles of sensitive species, such as benthic macroinvertebrates. These thermal variations also modify the limnological characteristics of the water, affecting the spatial distribution of aquatic communities. To address these phenomena, innovative methodologies and advanced monitoring technologies have been developed and applied, including systems covering different river scales and various temporal scales. The integration of these methods in different study sections has allowed for the identification and measurement of these biophysical processes at multiple scales, providing a solid foundation for understanding fluvial dynamics in regulated mountain rivers; it has also been the basis for designing and implementing of a section of an experimental watershed in eco-hydrology. This research represents a step forward in understanding the interactions between physical and ecological processes in river ecosystems, offering scientific and technical tools for the conservation of river structure and function, as well as the sustainable management of associated water resources. Key words: Biophysical processes, impacts, mountain rivers, hydroelectric uses, sediment mobility, thermal regime, aquatic communities, experimental watershed, eco-hydrology, multitemporal and multispatial approach, water regulation, river dynamics, river connectivity, physical habitat heterogeneity, thermal alterations, benthic macroinvertebrates, limnological characteristics, advanced monitoring, innovative methodologies, monitoring technologies, temporal and spatial scales, conservation of river ecosystems, and sustainable management of water resources.