Tesis:
Managed aquifer recharge as a low-regret measure for climate change adaptation
- Autor: HENAO CASAS, Jose David
- Título: Managed aquifer recharge as a low-regret measure for climate change adaptation
- Fecha: 2023
- Materia:
- Escuela: E.T.S. DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS
- Departamentos: INGENIERIA AGROFORESTAL
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/73999/
- Director/a 1º: AYUGA TÉLLEZ, Francisco
- Director/a 2º: FERNÁNDEZ ESCALANTE, Enrique
- Resumen: Climate change (CC) is gaining momentum due to the legacy of past greenhouse gas emissions, the lack of accomplishment in national commitments towards mitigation, and the sustained increase in carbon emissions. The vast amount of CO2 in the atmosphere has resulted in various changes in normal climatic patterns, producing adverse and widespread impacts on human and environmental systems. This situation makes adaptation to CC imperative and not an option. Measures to deal with CC are diverse and can be implemented in nearly every niche of society. In the water sector, the high uncertainty in climatic projections results in numerous potential future scenarios that hinder choosing among adaptation measures. This issue is particularly tangible when dealing with groundwater resources, which pose additional obstacles to numerical models arising from the lack of robust knowledge in some of the entailed physical phenomena and the difficulty of coupling surface and subsurface hydrological processes. A sound manner to circumvent this issue is favouring low-regret adaptive measures, which help to grapple not only with normal climate variability, responding to current pressures, but also have characteristics that can contribute to relieving the effects of CC. Managed aquifer recharge (MAR) is a term that refers to technologies that allow enhancing groundwater recharge for later use or to achieve environmental goals. The experience and literature on MAR have grown extensively in recent years. However, few examples show the suitability of these methods for CC adaptation, and even fewer prove this point by employing real cases. The hypothesis of this thesis is that MAR can constitute a low-regret measure to adapt to climate change and is tested by evaluating some of the most relevant environmental, social, and financial benefits from MAR implementation in the Los Arenales MAR systems over the past 20 years and the attributes these systems offer for CC adaptation. The thesis is majorly developed in three scientific articles evaluating various indicators through hydro-statistic, time series analysis, mathematical equations, and literature review. The hypothesis is proved, and the analyses show that Los Arenales MAR systems have helped to date to: (i) recover groundwater levels; (ii) decrease the cost and energy of pumping groundwater and the concomitant CO2 emissions; (iii) provide water for irrigation which maintains the local agri-food industry and consequently, rural population; (iv) restoring a lake hosting endemic lifeforms, unique geological features, and several bird species; and (v) managing groundwater demand through irrigation communities, which also constitute a channel to implement adaptation measures for CC. Additionally, Los Arenales MAR systems have the following attributes for CC adaptation: (i) remain operable through wastewater reuse even if streamflow decreases under CC to the point that river water surpluses are not available for MAR; (ii) reduce the adverse effects of drought on groundwater storage; and (iii) provide surface storage volume to buffer floods. The conceptual model developed helps to assess low-regret measures. This thesis's results can help increase confidence in MAR and improve its perception by showing a successful MAR case scenario in detail. This thesis can also contribute to expanding the water sector adaptation measures portfolio. Furthermore, it highlights the adequacy of low-regret measures to cope with multiple challenges in the agriculture context, which is likely to bear some of the most severe consequences of CC.
RESUMEN
El cambio climático (CC) está cobrando fuerza como consecuencia del legado de las emisiones de gases de efecto invernadero pasadas, la falta de cumplimiento de los compromisos nacionales de mitigación y el aumento sostenido de las emisiones de carbono. La gran cantidad de CO2 en la atmósfera ha provocado cambios en los patrones climáticos normales, produciendo impactos adversos en sistemas humanos y el medioambiente. Esta situación hace que la adaptación al CC sea imperativa y no una opción. Las medidas para hacer frente al CC son diversas y pueden aplicarse en casi todos los nichos de la sociedad. En el sector del agua, la elevada incertidumbre en las proyecciones climáticas da lugar a numerosos posibles escenarios que dificultan la elección entre las medidas de adaptación. Este problema es especialmente visible con los recursos hídricos subterráneos, que plantean obstáculos adicionales relacionados a la falta de conocimientos sólidos en algunos de los fenómenos físicos implícitos y la dificultad de acoplar los procesos hidrológicos superficiales y subterráneos de cara al uso de modelos numéricos. Una buena manera de sortear este problema es favorecer las medidas adaptativas de bajo impacto, que ayudan a confrontar no sólo la variabilidad climática normal, respondiendo a presiones actuales, sino que también tienen características que contribuyen a aliviar los efectos del CC. La recarga gestionada de acuíferos (MAR por sus siglas en inglés) es un término para referirse a las tecnologías que permiten mejorar la recarga de las aguas subterráneas para su uso posterior o para alcanzar objetivos medioambientales. La experiencia y la bibliografía sobre MAR han crecido ampliamente en los últimos años. Sin embargo, son pocos los ejemplos que demuestran la idoneidad de estos métodos para la adaptación al CC y aún menos los que lo hacen mediante casos reales. La hipótesis de esta tesis es que los sistemas MAR son una medida de bajo impacto para adaptarse al CC. Esta hipótesis es evaluada examinando algunos de los beneficios ambientales, sociales y financieros más relevantes de los de 20 años de operación de los sistemas MAR de Los Arenales y sus atributos para adaptarse al CC. La tesis se desarrolla principalmente en tres artículos científicos en los que se evalúan varios indicadores a través de hidro-estadística, análisis de series temporales, fórmulas matemáticas y revisión bibliográfica. La hipótesis es probada y los análisis muestran que los sistemas MAR de Los Arenales han contribuido hasta la fecha a: (i) recuperar los niveles de agua subterránea; (ii) disminuir el coste, la energía y las emisiones de CO2 relacionados al bombeo del agua subterránea; (iii) proporcionar agua para riego que mantiene una industria agroalimentaria local y, en consecuencia, población rural; (iv) restaurar un lago que alberga formas de vida endémicas y más de 24 especies de aves; y (v) gestionar la demanda de agua subterránea a través de comunidades de regantes, que también constituyen un canal para aplicar medidas de adaptación al CC. Además, los sistemas MAR de Los Arenales tienen los siguientes atributos para la adaptación al CC: (i) pueden seguir operando mediante el reúso de aguas residuales en caso de que el caudal de los ríos fuente disminuya debido al CC; (ii) reducen los efectos adversos de la sequía en las reservas de agua subterráneas; y (iii) proporcionan un volumen de almacenamiento superficial para amortiguar inundaciones. El modelo conceptual desarrollado ayuda a evaluar las medidas de bajo impacto. Los resultados de esta tesis pueden contribuir a aumentar la confianza en MAR y a mejorar su percepción al mostrar un caso de éxito en detalle. Esta tesis también puede contribuir a ampliar la lista de medidas de adaptación al CC en el sector del agua. Además, pone de manifiesto la idoneidad de las medidas de bajo impacto para enfrentar múltiples retos en el contexto de la agricultura, que probablemente sufrirá lo peor del CC.