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2012 72 Jorge Lorenzo Lacruz Las sequías hidrológicas en la Península Ibérica : Análisis y caracterización espacio temporal, influencias climáticas y el efecto de la gestión hidrológica en un contexto de cambio global Departamento Director/es Geografía y Ordenación del Territorio Vicente Serrano, Sergio Martín Director/es Tesis Doctoral Autor Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Departamento Director/es Jorge Lorenzo Lacruz LAS SEQUÍAS HIDROLÓGICAS EN LA PENÍNSULA IBÉRICA : ANÁLISIS Y CARACTERIZACIÓN ESPACIO TEMPORAL, INFLUENCIAS CLIMÁTICAS Y EL EFECTO DE LA GESTIÓN HIDROLÓGICA EN UN CONTEXTO DE CAMBIO GLOBAL Director/es Geografía y Ordenación del Territorio Vicente Serrano, Sergio Martín Tesis Doctoral Autor 2012 Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Departamento Director/es Director/es Tesis Doctoral Autor Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA              MemoriapresentadaparaoptaralgradodeDoctorporla UniversidaddeZaragoza    UNIVERSIDADDEZARAGOZADEPARTAMENTODEGEOGRAFÍA   INSTITUTOPIRENAICODEECOLOGÍA–CSIC DEPARTAMENTODEPROCESOSGEOAMBIENTALESYCAMBIOGLOBAL  Lassequíashidrológicas  enlaPenínsulaIbérica:   Análisisycaracterizaciónespaciotemporal, influenciasclimáticasyelefectodelagestión hidrológicaenuncontextodecambioglobal.  PorJorgeLorenzoLacruz                                 MemoriapresentadaparaoptaralgradodeDoctorporla UniversidaddeZaragoza    UNIVERSIDADDEZARAGOZADEPARTAMENTODEGEOGRAFÍA   INSTITUTOPIRENAICODEECOLOGÍA–CSIC DEPARTAMENTODEPROCESOSGEOAMBIENTALESYCAMBIOGLOBAL   Lassequíashidrológicas  enlaPenínsulaIbérica:   Análisisycaracterizaciónespaciotemporal, influenciasclimáticasyelefectodelagestión hidrológicaenuncontextodecambioglobal.  PorJorgeLorenzoLacruz                         Zaragoza, septiembre de 2012     *Fotografía de portada: Vista del embalse de Alarcón (río Júcar). Confederación Hidrográfica del Júcar. A mis padres, por tantos años y todas las cosas.   Índice de contenidos CAPITULO 1: Introducción…………………………………..…………………1 1.1. El concepto de sequía. ........................................................................................................ 4 1.2. Justificación del trabajo. .................................................................................................... 7 1.3. Estado de la cuestión. ......................................................................................................... 9 1.4. Objetivos del trabajo. ....................................................................................................... 12 1.5. Estructura del trabajo. ..................................................................................................... 13 CAPITULO 2: Área de estudio…………………………………………………15 2.1. La precipitación en la Península Ibérica. ........................................................................... 19 2.2. Las cuencas Cantábricas................................................................................................... 20 2.4. La cuenca del Duero. ....................................................................................................... 23 2.5. La cuenca del Tajo. .......................................................................................................... 25 2.6. La cuenca del Guadiana. .................................................................................................. 27 2.7. La cuenca del Guadalquivir. ............................................................................................. 29 2.8. La cuenca del Segura. ...................................................................................................... 31 2.9. La cuenca del Júcar. ........................................................................................................ 33 2.10. La cuenca del Ebro. ...................................................................................................... 35 2.11. La Cuencas Catalanas y Mediterráneas Andaluzas. ........................................................ 37 2.12. La Cuencas Portuguesas: Mondego y Sado. .................................................................... 39 2.13. Tabla resumen de las estaciones de aforo. ...................................................................... 41 CAPITULO 3: Base de datos y metodología…………………………….……..47 3.1. Base de datos hidrológica: obtención, relleno y validación. ................................................ 50 3.2. El Índice de Caudal Estandarizado (SSI). .......................................................................... 54 3.3. El Índice de Precipitación Estandarizada (SPI). ................................................................ 57   3.4. La Ratio de Retención de caudales (IR). ........................................................................... 60 3.5. Análisis estadístico. .......................................................................................................... 60 3.5.1. Extracción de patrones generales: el Análisis de Componentes Principales. .................. 60 3.5.2. Estimación de la asociación entre dos variables mediante coeficientes de correlación: la r de Pearson y la tau de Kendall. ................................................................................................ 62 3.5.2.1. El coeficiente de correlación lineal de Pearson (r de Pearson). ............................. 63 3.5.2.2. El coeficiente de correlación de rangos de Kendall (tau de Kendall). ................... 63 CAPITULO 4: Evolución y variabilidad estacional de los caudales ibéricos.....65 4.1. Metodología específica del análisis de tendencias. .............................................................. 68 4.2. Distribución de las tendencias mensuales, estacionales y anuales. ...................................... 71 4.3. Magnitud de los cambios en los caudales. .......................................................................... 76 4.4. Influencia de las precipitaciones y el papel de la regulación hidrológica. ............................. 79 4.4. El impacto de otros factores. ............................................................................................. 83 4.5. Recapitulación ................................................................................................................. 85 CAPITULO 5: Relaciones entre circulación atmosférica y comportamiento hidrológico: la Oscilación del Atlántico Norte……........................................87 5.1. La Oscilación del Atlántico Norte: funcionamiento, impactos y potencialidades. ................. 89 5.2. El índice NAO y la identificación de sus fases extremas. ..................................................... 91 5.3. Evaluación de la influencia de la NAO en el comportamiento de los ríos Ibéricos. ............... 92 5.4. La persistente influencia de la NAO de invierno sobre los caudales durante el resto del año. 98 5.5. Anomalías de caudal generadas durante fases NAO extremas. .......................................... 100 5.6. Cambios temporales en la respuesta de las caudales a la NAO. ......................................... 105 5.7. Recapitulación. .............................................................................................................. 108  CAPITULO 6: Patrones espacio temporales de las sequías hidrológicas…………………………………..……......................................109  6.1. Definición y caracterización de los episodios de sequía. .................................................... 113 6.2. Regionalización hidrológica peninsular. .......................................................................... 114 6.3. Distribución temporal de los episodios de sequía. ............................................................. 118 6.4. Características de las sequías. ......................................................................................... 122 6.5. Cambios en la magnitud y duración de las sequías. .......................................................... 126 6.6. Extensión y propagación espacial de las sequías ............................................................. 128 6.7. Recapitulación. .............................................................................................................. 133  CAPITULO 7: La respuesta multi-escalar de las sequías hidrológicas a la sequías climáticas y el efecto de la gestión hidrológica………......................135  7.1. Base de datos y metodología. .......................................................................................... 139 7.1.1. Base de datos de precipitación MOPREDASP (Monthly Precipitation Database of Spain and Portugal): control de calidad, homogeneización y relleno. ................................................ 139 7.1.1.1. Control de calidad. .......................................................................................... 140 7.1.1.2. Análisis de inhomogeneidad. ........................................................................... 141 7.1.1.3. Reconstrucción. .............................................................................................. 142 7.1.2. Interpolación espacial y obtención de las series de precipitación para cada cuenca hidrológica. ........................................................................................................................... 142 7.1.3. Análisis estadístico. ................................................................................................ 143 7.2. Patrones generales de la respuesta hidrológica ante condiciones de sequía climática. ........ 145 7.3. La respuesta de los ríos no regulados a la sequía climática y la importancia de la litología de las diferentes cuencas. ............................................................................................................... 148 7.4. Modificaciones introducidas por la gestión hidrológica en la respuesta de los ríos ibéricos a las sequías climáticas. .................................................................................................................... 152 7.6. Recapitulación. .............................................................................................................. 160  CAPITULO 8: Análisis detallado de los impactos de la sequía y la regulación en varios sub-sistemas hidrológicos en la cabecera del río Tajo…………..........163  8.1. La cabecera del Tajo. ..................................................................................................... 166 8.2. Base de datos y metodología especifica. ........................................................................... 168 8.2.1. Datos climáticos. .................................................................................................... 168 8.2.2. Datos hidrológicos. ................................................................................................. 169 8.2.3. Estandarización de las variables hidrológicas. .......................................................... 170 8.2.4. Los índices de sequía climática: SPI y SPEI. ............................................................ 171 8.2.5. Análisis Estadístico. ............................................................................................... 173   8.3. Evolución de las sequías climáticas en el Alto Tajo. ......................................................... 173 8.4. La respuesta de los distintos sistemas hidrológicos a las sequías climáticas. ...................... 175 8.5. Cambios temporales en la respuesta hidrológica a las sequías climáticas. .......................... 182 8.6. Recapitulación. .............................................................................................................. 188 CAPÍTULO 9: Discusión y valoración de los resultados………………..……189 CAPÍTULO 10: Conclusiones generales………..…….........…………………205 Bibliografía……...……………………………………………………………215           Capítulo1 Introducción “Nosepuedehacerlapazconunpueblosediento”FadelKaawash, JefedelaAutoridadPalestinadelAgua.  CAPÍTULO1  Introducción  ~2~                          IntroducciónCAPÍTULO1   ~9~  mostrará la alta densidad espacial y cobertura temporal de las series empleadas, que incluyen una amplia muestra de la variabilidad hidrológica de la Península, asegurando tanto la representatividad del área estudiada como la fiabilidad de los datos empleados. Todo ello justifica un estudio como el que aquí se presenta, con la finalidad científica de comprender en profundidad las complejas interacciones existentes entre las sequías climáticas e hidrológicas y los factores que intervienen en su generación y propagación. 1.3. Estado de la cuestión. En la Península Ibérica se ha avanzado mucho en el estudio de las sequías climáticas, tanto en su comportamiento espacial y temporal como en los factores atmosféricos que las provocan (Zorita et al., 1992; García-Herrera et al., 2007). Por ejemplo, se ha comprobado la existencia de grandes contrastes espaciales en la ocurrencia de las sequías incluso a escalas de detalle, y se ha observado además un aumento del número e intensidad de los episodios secos durante las últimas décadas (Estrela et al., 2000; Vicente-Serrano et al., 2006a; Vicente-Serrano y Cuadrat, 2007). Desde el punto de vista hidrológico, la cantidad de estudios que analizan las sequías en España son sensiblemente inferiores en número, y en la mayoría de los casos las sequías se contemplan de forma indirecta. Por ejemplo, Hisdal et al., (2001, 2011) y Hannaford et al., (2012) comprobaron una tendencia significativa hacia el descenso de los volúmenes hidrológicos en cuencas no perturbadas del sector noroccidental de la Península, con una mayor duración de los periodos secos en la década de 1990. Estos autores sugieren a su vez que el principal factor para explicar la tendencia encontrada en las sequías hidrológicas fue el descenso pluviométrico primaveral observado desde la década de 1960, que concuerda con los resultados de diferentes estudios (Del Río et al., 2010; González-Hidalgo et al., 2011). Por su parte, López-Moreno et al., (2011) mostraron tendencias de descenso generalizadas de los caudales anuales, de primavera y otoño en la cuenca del Ebro, asociándolas no sólo a un descenso en la precipitación si no también a procesos de revegetación de las cabeceras de las cuencas. Otros estudios que también muestran, junto a la influencia de precipitaciones y temperaturas, el papel jugado por los procesos de regeneración vegetal en el descenso de los caudales hidrológicos son los de Gallart y Llorens (2004), Beguería et al. CAPÍTULO1  Introducción  ~10~  (2003) y Morán-Tejeda et al. (2010). El aumento del consumo urbano y agrícola también ha podido contribuir a dicho descenso (MIMAM, 2000; Collins et al., 2009) y, finalmente, la construcción de embalses en los ríos ha afectado al comportamiento hidrológico, en general disminuyendo los caudales de los mismos y la intensidad de las crecidas, tal y como se comprobó en la cuenca del Ebro (Batalla et al., 2004: Lopez-Moreno y García-Ruiz, 2004). Sin embargo, a pesar de estos ejemplos de análisis hidrológico, en España no existen estudios cuantitativos centrados exclusivamente en las sequías hidrológicas. De hecho, la elevada complejidad del fenómeno ha producido que su valoración haya sido muy cualitativa y que apenas hayan sido analizadas desde un punto de vista hidroclimático. Los análisis llevados a cabo en este trabajo están fundamentados en la combinación de dos metodologías ampliamente aceptadas y utilizadas para el análisis de la variabilidad espacio-temporal de las sequías hidrológicas a escala regional en la bibliografía científica internacional. Por un lado, los métodos de rachas basados en umbrales (Yevjevich, 1967), que analizan la naturaleza estocástica de las sequías y las estudian a partir de las características que diferencian unos episodios secos de otros (duración, magnitud y área afectada; Wilhite, 2005); y por otro, los métodos basados en índices estandarizados de sequía. El empleo de distintos umbrales para extraer los patrones espacio-temporales de las sequías permite la clasificación de las sequías en diferentes categorías de acuerdo al nivel de severidad de las mismas (Mishra y Singh, 2011). En los análisis de tipo regional como el que nos ocupa, los patrones espacio-temporales de las sequías son investigados a diferentes escalas temporales y con diferentes umbrales, lo que permite la caracterización de muy diferentes tipologías de sequías. Esto ha llevado al desarrollo de las curvas de severidad-área-frecuencia, de severidad-duración-frecuencia y severidad-área-duración (Fleig et al., 2011), las cuales resultan de gran utilidad para evaluar las sequías registradas en una región concreta. Este tipo de análisis cuenta con la ventaja de delimitar de manera muy precisa las episodios de sequía ocurridos en una región durante un periodo determinado de tiempo y extraer sus características fundamentales (área afectada, duración y magnitud), las cuales una vez ajustadas a una distribución de probabilidad, pueden ser utilizas para calcular los periodos de retorno esperados para un tipo de evento seco u otro y su aplicación en la gestión y mitigación del riesgo. Sin embargo, este tipo de IntroducciónCAPÍTULO1   ~11~  métodos adolecen de la imposibilidad de relacionar los resultados que de ellos se extraen con los patrones generales de reparto de la precipitación y, por tanto, del establecimiento de relaciones entre los déficits de precipitación y de caudal. Por este motivo, en este trabajo se realiza un uso intensivo de los índices de sequía, tanto climáticos como hidrológicos (Vicente-Serrano et al., 2012), que permiten, tanto la intercomparabilidad en tiempo y espacio de los resultados obtenidos (algo fundamental en un trabajo de naturaleza regional como éste), como la puesta en relación de las sequías climáticas con las sequías hidrológicas. De este modo, en este trabajo la caracterización de las sequías hidrológicas se lleva a cabo, no sólo por las características de los eventos secos ocurridos, sino también de acuerdo a la influencia de las sequías climáticas en la ocurrencia de sequías hidrológicas, y como aquellas propagan sus efectos tanto en el tiempo como en el espacio a través de la parte terrestre del ciclo hidrológico. El desarrollo de índices de sequía ha merecido especial atención en la literatura científica especializada, con una gran cantidad de indicadores que permiten caracterizar y cuantificar las sequías. La mejora de los indicadores es continua y ha llevado al desarrollo de índices multiescalares, que permiten cuantificar el déficit hídrico de diferente duración, como es el caso del Índice de Precipitación Estandarizado (Standarized Precipitation Index, SPI,) (McKee et al., 1993), o el Standardized Precipitation Evaporation Index (Vicente-Serrano et al., 2010a) que permite tener en cuenta los posibles efectos del calentamiento global y que se utilizarán en el presente trabajo. Finalmente, hay que señalar que pocos estudios de tipo empírico, incluso dentro de la comunidad científica internacional, abordan específicamente la respuesta de las sequías hidrológicas a las climáticas, aunque existen algunos ejemplos en Estados Unidos (Eltahir y Yeh, 1999) y Europa (Stahl y Demuth, 1999; Zaidman et al., 2001; Vasiliades y Loukas, 2009; Vidal et al., 2010). En la Península Ibérica existen algunos ejemplos del retardo existente entre precipitaciones y caudales en las cuencas Atlánticas (Trigo et al., 2004; López-Moreno et al., 2007), en el Pirineo (Vicente-Serrano y López-Moreno, 2005) y en la cabecera del Tajo (Lorenzo-Lacruz et al., 2010), aunque no existen estudios que consideren la propagación en el espacio del efecto de las sequías climáticas en diferentes sistemas hidrológicos a escala peninsular. En este sentido, un aspecto importante es la prolongada memoria temporal en los caudales de un río (Changnon y Easterling, 1989; Wilhite et al., 2007), que puede hacer que las sequías hidrológicas se prolonguen en el tiempo de forma CAPÍTULO1  Introducción  ~12~  considerable. De hecho, esta respuesta hidrológica podría ser propiciada por la propagación y agregación de las sequías en el espacio. Este aspecto ha sido escasamente considerado en la literatura científica y tiene un enorme interés para comprender procesos tan importantes como la existencia de sequías multianuales y determinar tiempos de recuperación de los caudales hasta situaciones normales tras una perturbación. 1.4. Objetivos del trabajo. En el contexto del interés científico por el cambio global, los fenómenos extremos y sus impactos sobre los recursos hídricos superficiales, se plantea este trabajo de investigación cuyo objetivo principal es: Estudiar la variabilidad espacial y temporal de las sequías hidrológicas en la Península Ibérica, su respuesta ante las sequías climáticas y el efecto de otros factores que intervienen en su generación y propagación. Para su consecución se han planteado una serie de objetivos específicos o secundarios, que son:  La elaboración de una base de datos hidrológica y climática de la Península Ibérica con calidad contrastada, y con una cobertura temporal y espacial que garanticen la fiabilidad de los resultados obtenidos y la representatividad de la totalidad del área de estudio.  Mostrar una visión general sobre la disponibilidad de recursos hídricos superficiales y su evolución en la Península Ibérica durante las últimas décadas, estableciendo relaciones de causalidad con los factores que la explican.  Analizar la respuesta de las aportaciones fluviales ante la variabilidad de la circulación atmosférica, representada por la Oscilación del Atlántico Norte.  Caracterizar las sequías hidrológicas por su duración y magnitud, y obtener una clasificación que agrupe a las cuencas hidrológicas en regiones hidrológicas con un comportamiento homogéneo, definiendo a la vez distintas tipologías de sequía. IntroducciónCAPÍTULO1   ~13~   Explorar las distintas respuestas hidrológicas de las cuencas peninsulares ante las sequías climáticas y como sus efectos se agregan en el tiempo.  Determinar el papel que juegan otros factores como la regulación hidrológica o la evapotranspiración en la modificación de la interacción entre las sequías climáticas y las sequías hidrológicas. 1.5. Estructura del trabajo. La estructura del trabajo se organiza en torno a tres bloques principales (Figura 1.2). En el primer bloque, además de la introducción y los objetivos (capítulo 1), se presenta el área de estudio y las características de las cuencas hidrológicas incluidas en el estudio (capítulo 2), el proceso de elaboración de la base de datos principal a partir de la que se ha desarrollado este estudio, y los métodos y herramientas utilizados de manera general a lo largo de todo el trabajo (capítulo 3). En el segundo bloque, el principal, se presentan los resultados obtenidos y la discusión científica de los mismos. La organización de los análisis está estructurada siguiendo una secuencia lógica acorde con la dinámica natural de los procesos hidroclimáticos, con el objetivo de establecer una red de relaciones causa-efecto entre los distintos factores involucrados en la génesis, agregación y propagación de las sequías hidrológicas. El punto de partida del bloque de resultados es el capítulo 4, que contextualiza el resto de análisis y aporta una visión general de la evolución de los caudales durante las últimas décadas mediante un análisis de tendencias, dónde se muestra la evolución y variabilidad estacional de los caudales en la Península Ibérica. El capítulo 5 se centra en la influencia espacio-temporal de la variabilidad de la circulación atmosférica sobre la generación de caudales, ejemplificada en este caso por el patrón de circulación dominante en Europa Occidental: la Oscilación del Atlántico Norte (North Atlantic Oscillation; NAO). El capítulo 6 se encarga de identificar los episodios de sequía hidrológica ocurridos durante el periodo de estudio, caracterizarlos cuantitativamente por la duración y magnitud de los mismos, y agrupar las distintas cuencas peninsulares en regiones hidrológicas con unas características homogéneas, respecto a las sequías hidrológicas. En el capítulo 7 se analiza la respuesta hidrológica a la sequía pluviométrica en el conjunto de cuencas de la Península Ibérica, el retardo temporal entre los déficits de CAPÍTULO1  Introducción  ~14~  Figura1.2.Esquemadelaestructuradepresentacióndeltrabajo. precipitación y de caudal, además de la agregación temporal de la influencia de las sequías climáticas. En este capítulo se presta especial atención al papel que tiene la regulación hidrológica en la modificación de esa influencia. Por último, el capítulo 8 ha de ser considerado de manera especial, ya que en él se aborda un análisis más específico sobre el impacto de las sequías y la gestión del agua en una zona especialmente sensible y relevante en lo referente a los recursos hídricos dentro del contexto peninsular: la cabecera del río Tajo. En el último bloque se realiza una discusión transversal de los resultados obtenidos. Se hace una valoración crítica de los mismos, así como se discute la adecuación de los datos, métodos y herramientas empleados en su consecución. Esta valoración está acompañada de propuestas para estudios futuros surgidas de la reflexión en torno a los resultados de esta tesis. Por último, se aportan las conclusiones generales que resumen el trabajo.   Capítulo2 Áreadeestudio   Enestecapítulosedescribedeformageneraleláreadeestudio,la PenínsulaIbérica,destacandoaquellosaspectosconunamayor incidenciaenelcomportamientohidrológicodelasdiferentes cuencas.Posteriormenteserealizauntratamientomás pormenorizadodelascuencasibéricasincluidasenelestudio, informandosobreaspectosfuncionalesyestructurales,sus característicashidroclimáticasylosimpactosderivadosdela intervenciónhumanamásinfluyentesenelcontextodelassequías yloscambioshidrológicos.   CAPÍTULO2  Áreadeestudio  ~16~  ÁreadeestudioCAPÍTULO2   ~17~  a Península Ibérica se extiende a la largo de 583254 km² y presenta un relieve de grandes contrastes, con cordilleras montañosas distribuidas principalmente de oeste a este y en algunos casos superando los 3000 metros de altitud sobre el nivel del mar. Esta orografía condicionó el establecimiento de la actual red fluvial durante el Cuaternario y la configuración espacial de las grandes cuencas, unas drenando al Océano Atlántico (Miño, Duero, Tajo, Guadiana y Guadalquivir) y otras al Mar Mediterráneo (Ebro, Júcar y Segura). La localización entre dos masas de agua de características muy diferentes, la topografía y el desigual efecto de los patrones de circulación atmosférica que afectan a la Península Ibérica, generan un gradiente noroeste-sudeste en la distribución de la precipitación anual (De-Castro et al., 2005; González-Hidalgo et al., 2011), que varía de más de 2000 mm/año en Galicia, a menos de 300 mm/año en Almería (Figura 2.1). Este patrón establece una gran variabilidad espacial en la duración y frecuencia de las sequías entre las distintas cuencas hidrográficas peninsulares (Rico-Amorós, 2004; Vicente-Serrano, 2006a; 2006b). Además, en la vertiente mediterránea predominan los veranos secos y los eventos de precipitación extrema en otoño e invierno, lo que genera una elevada variabilidad inter-anual en los caudales de sus ríos, los cuales padecen largas sequías supra-estacionales (Boix et al., 2010). Las cuencas del sector septentrional de la vertiente Atlántica presentan abundantes caudales, 10570 hm³/año el Miño en Crecente (Pontevedra), 13788 hm³/año el Duero en Lamego (Portugal) y 12350 hm³/año el Tajo en Santarèm (Portugal). Por el contrario, las grandes cuencas del sur generan caudales comparativamente modestos, 4039 hm³ y 3780 hm³ al año el Guadiana en Serpa (Portugal) y el Guadalquivir en Alcalá del Río (Sevilla), respectivamente. Los caudales de los grandes ríos de la vertiente Mediterránea son por lo general bajos, exceptuando la cuenca del Ebro, que registra abundantes caudales medios (12279 hm³/año en Tortosa, Tarragona) generados en su cabecera cantábrica y, fundamentalmente, en las cuencas Pirenaicas. Ese desequilibrio en la distribución de los CAPÍTULO2  Áreadeestudio  ~18~  Figura2.1.Distribuciónespacialdelaprecipitaciónmediaanualentre1945y2005enlaPenínsulaIbérica. recursos hídricos en la Península Ibérica se une a la creciente demanda de agua para distintos usos, que provoca conflictos entre usuarios y regiones (Quiroga et al., 2011), y al aumento en la frecuencia de episodios de sequia en la Península desde la década de 1970 (Vicente-Serrano 2006a; Iglesias et al., 2007). Además, en la segunda mitad del siglo XX se construyó una extensa red de presas y canales para optimizar el uso de los recursos hídricos disponibles. Esta intensiva regulación de los sistemas hidrológicos Peninsulares se refleja en el incremento del número de grandes embalses construidos durante el siglo pasado: de 58 presas en 1900 a 1195 en 2000, lo que equivale a una capacidad total de embalse de 56500 hm³ (Berga-Casafont, 2003); esta cifra representa aproximadamente el caudal medio anual de los 8 grandes ríos peninsulares en su desembocadura (55850 hm³). ÁreadeestudioCAPÍTULO2   ~25~  El clima de la cuenca del Duero es Mediterráneo continental, aunque se suaviza hacia el oeste por la influencia del Atlántico (Cabo y Manero, 1990). La elevada altitud media de la cuenca situada sobre la sub-Meseta Norte favorece la ocurrencia de inviernos muy fríos, alcanzando los 120 días de heladas al año en algunos sectores. Las intensas olas de frío que se experimentan habitualmente en la cuenca están relacionadas con invasiones de aire polar de componente noreste. Las precipitaciones más altas se dan en la cuenca del Tera en los Montes de León (>1800 mm/año), descendiendo en magnitud en la cordillera Ibérica y el Sistema Central (800-1000mm/año) hasta alcanzar los mínimos en el páramo central (400-600 mm/año). La precipitación se reparte de forma irregular a lo largo del año y tiene su máximo al final del otoño y comienzo del invierno (García-Fernández, 1986). Esta irregularidad también se refleja en la variabilidad interanual, con amplias oscilaciones en la precipitación media entre unos años y otros. Estas características climáticas tienen como consecuencia que el régimen fluvial predominante sea el pluvionival, aunque éste se torna en nivo-pluvial en numerosas cuencas de drenaje situadas a elevada altitud. Las máximas descargas fluviales tienen lugar durante el final del invierno y el comienzo de la primavera y las mínimas en verano, aunque la amplitud estacional no es extrema. En la cuenca del Duero existen algo más de 90 embalses con una capacidad de almacenamiento cercana a los 2800 hm³. Su explotación tiene que ver con el control de sequías y estiajes, el regadío y el abastecimiento a la población, aunque el uso predominante es la producción hidroeléctrica. La disimetría entre ambas márgenes se repite en la intensidad de la regulación, ya que a excepción del río Tormes, los afluentes del Duero por la margen derecha (Sistemas Esla-Porma, Órbigo-Tera y Pisuerga-Carrión) presentan mayores capacidades de embalsado (Blázquez-Díaz, 1992). 2.5. La cuenca del Tajo. El Tajo es el río más largo de la Península (1007 km) y el tercero por área de drenaje (80600 km², 70% española y 30% portuguesa). Nace en la Sierra de Albarracín en la cordillera Ibérica a 1500 metros de altitud. Sus afluentes están distribuidos asimétricamente y los de mayor entidad como el Jarama (812hm³/año), el Alberche (620 hm³/año) o el Alagón (887 hm³/año) descargan por la margen derecha. Los tributarios por CAPÍTULO2  Áreadeestudio  ~26~  Figura2.5.LacuencadelTajo.Arriba:topografíaylocalizacióndelasestacionesdeaforoincluidasenlabasededatos. Abajo:hidro‐pluviogramasmensualesdelosríosTajoyGallo.Lalíneahorizontalgrisdenotalamedianaylarojala media.Laslíneasnegrashacenreferenciaalospercentiles10y90yloscuadradosalospercentiles5y95. la izquierda son más cortos y menos caudalosos. En la parte portuguesa el Zêzere y el Sorraia cubren el 50% de la superficie de la cuenca (Tockner et al., 2009). La cabecera del Tajo está litológicamente caracterizada por la presencia de materiales calizos y formaciones kársticas que denotan su alta permeabilidad. El río fluye principalmente sobre esquistos y rocas graníticas, aunque depósitos detríticos terciarios aparecen en el resto de áreas. ÁreadeestudioCAPÍTULO2   ~27~  El clima dominante de la cuenca del Tajo es el Mediterráneo continental. La precipitación media anual de la cuenca es de 680 mm, si bien varía desde los 500 mm en la margen izquierda del curso bajo a los 1000 mm que se alcanzan en sectores concretos del Sistema Central. Las cuencas que reciben mayor precipitación son las del Tiétar y Alagón y es durante los 3 meses de invierno cuando se reciben las mayores aportaciones pluviométricas. Las temperaturas son frías en invierno y suaves en verano. El régimen hidrológico del Tajo muestra una elevada estacionalidad y variabilidad interanual. Las máximas descargas se dan durante el invierno, y las mínimas en Agosto, siendo relativamente habitual la ocurrencia de avenidas durante Diciembre y Enero. La Cuenca del Tajo soporta la presión demográfica de 11 millones de personas, aunque su gestión hidrológica está claramente marcada por las necesidades creadas por el regadío. La superficie dedicada al mismo creció de 9340 ha en 1940 a más de 230000 ha en la actualidad (Tockner et al., 2009). Los caudales están altamente modificados, teniendo en cuenta que la capacidad de almacenamiento en el curso medio y alto representa el 74% del caudal medio anual. Una importante cantidad de agua es trasvasada (un promedio de 331 hm³/año desde 1979) desde el sistema Entrepeñas-Buendía a la Cuenca del Segura para el riego y el abastecimiento de la población. En el capítulo 8 de la tesis se analizan en profundidad los impactos de la sequía y la intensiva regulación en la cabecera del río Tajo. 2.6. La cuenca del Guadiana. La cuenca del Guadiana (67048 km² de extensión) es topográficamente plana y está localizada sobre el sector más seco de la Meseta. El Guadiana tiene origen en una difusa red de arroyos kársticos en la Sierra de Montiel. Sus afluentes principales son el Záncara, Cigüela, Zújar (564 hm³/año) y Bullaque (217 hm³/año). Debido a la alta porosidad de su sustrato y las tendidas pendientes, los procesos de intercambio entre los cursos fluviales y los depósitos de agua subterránea son una constante, especialmente en su cabecera. La alta permeabilidad de la litología caliza provoca que el agua de lluvia desaparezca rápidamente de la superficie y recargue grandes acuíferos subterráneos (Fornés et al., 2000). De entre ellos el de mayor tamaño es el Acuífero de La Mancha Occidental (5500 km²). CAPÍTULO2  Áreadeestudio  ~28~  Figura2.6.LacuencadelGuadiana.Arriba:topografíaylocalizacióndelasestacionesdeaforoincluidasenlabasede datos.Abajo:hidro‐pluviogramasmensualesdelosríosGuadianayZújar.Lalíneahorizontalgrisdenotalamedianay larojalamedia.Laslíneasnegrashacenreferenciaalospercentiles10y90yloscuadradosalospercentiles5y95. El clima de la cuenca es Mediterráneo Continental, con inviernos secos y fríos y veranos calurosos. La precipitación media anual ronda los 500mm y se concentra principalmente en invierno y primavera. La combinación de escasas precipitaciones, altas tasas de evaporación y de infiltración genera caudales escasos y extremadamente intermitentes, sobre todo en verano. ÁreadeestudioCAPÍTULO2   ~29~  La gestión hidrológica en la cuenca del Guadiana está marcada por la habitual escasez de agua que sus singulares características genera. La cuenca alta sufre además las consecuencias de la intensiva explotación de sus recursos hídricos. El acuífero de la Mancha Occidental se declaró oficialmente sobreexplotado en 1994 y su recuperación requeriría el cese total de extracciones durante 5-15 años (Bromley et al., 2001). Sin embargo, este problema no es exclusivo del curso principal del Guadiana, ya que el agotamiento de acuíferos por extracciones también ha hecho decrecer significativamente los caudales del Záncara y del Cigüela afectando gravemente a bosques y ecosistemas de ribera (Alvarez-Cobelas, 2006). Además, el río Guadiana está regulado por el embalse de mayor capacidad de Europa (4150 hm³), el de Alqueva en Portugal, aunque éste muestra un importante déficit hídrico y rara vez registra altas tasas de embalsado. 2.7. La cuenca del Guadalquivir. La cuenca del Guadalquivir se extiende a lo largo de 57527 km² e incluye una depresión central bien definida rodeada al norte por Sierra Morena, Los sistemas béticos al sureste y el Océano Atlántico al sudeste. El Guadalquivir nace en la Sierra de Cazorla a 1350 metros de altitud. El mayor afluente que drena sus aguas por la margen derecha, por dónde también lo hacen el resto de tributarios de entidad, es el Guadiana Menor, mientras que el Genil (658 hm³/año) lo hace por la margen contraria en el curso medio. La principal característica del clima de la cuenca son los veranos secos y los inviernos húmedos. La apertura del valle hacia el océano por el sudoeste permite la entrada de las tormentas generadas en el Atlántico, las cuales crean un gradiente de precipitación sudoeste-noreste que concentra las precipitaciones más altas en las zonas montañosas de las Sierras de Aracena y Cazorla. Sierra Nevada, dónde se sitúa la cabecera del Genil, también registra altas tasas de precipitación, en su mayoría en forma de nieve. Sin embargo, además de recibir la influencia Atlántica, también recibe la del Mediterráneo, de forma que este mar genera más precipitación en la zona que en cuencas adyacentes como la del Segura o la del Júcar (Tockner et al., 2009). El régimen fluvial del Guadalquivir es pluvial y muy variable. Los bajos caudales típicos del verano pueden extenderse de manera ocasional durante meses y años, como ocurrió durante la década de los noventa del siglo pasado. CAPÍTULO2  Áreadeestudio  ~30~  Figura2.7.LacuencadelGuadalquivir.Arriba:topografíaylocalizacióndelasestacionesdeaforoincluidasenlabase dedatos.Abajo:hidro‐pluviogramasmensualesdelosríosGuadalquiviryGenil.Lalíneahorizontalgrisdenotala medianaylarojalamedia.Laslíneasnegrashacenreferenciaalospercentiles10y90yloscuadradosalospercentiles 5y95. La regulación en la cuenca está marcada por la excesiva demanda frente a los recursos disponibles, lo que conduce a la carestía cuando la precipitación es baja. La cuenca dispone de 55 embalses con una capacidad de almacenamiento total de 7109 hm³, el equivalente al 51% de las descargas totales, cuya finalidad principal es el abastecimiento para riego. ÁreadeestudioCAPÍTULO2   ~31~  2.8. La cuenca del Segura. La cuenca del Segura tiene una superficie de 19182 km². El río Segura, con una longitud de 325 km, nace en los Montes de Segura, cerca de la cabecera del Guadalquivir. Es la cuenca más árida de la Península y la precipitación que recibe se distribuye irregularmente a lo largo del año, muchas veces incidiendo de manera torrencial y causando dañinas crecidas e inundaciones. Los principales afluentes del río Segura son el Mundo, por la izquierda (que recoge las aguas del Trasvase Tajo-Segura) y el Guadalentín y el Zumeta por la derecha. La compleja geología de la cuenca y la presencia de sustratos calizos en el curso medio y bajo son los responsables de la existencia de una densa red de acuíferos que sostiene el caudal del río (Martínez-Mena et al., 1998). El clima de la cuenca se caracteriza por la alta estacionalidad y el carácter extremo, tanto de las precipitaciones como de las temperaturas. Tanto sequías como inundaciones son frecuentes. Las Sierras de Segura, Alcaraz y Taibilla, orientadas de noroeste a sudeste, son responsables del efecto barrera que causa la drástica disminución de las precipitaciones generadas por los frentes atlánticos de componente perpendicular a la disposición orográfica. La precipitación media anual de amplios sectores de la cuenca se encuentra en torno a los 300 mm, que se combinan con altas tasas de evapotranspiración durante el verano cuando los vientos tórridos del Norte de África disparan las temperaturas hasta valores por encima de los 40⁰C. El régimen del Segura es nivo-pluvial en cabecera y curso alto (dónde se genera la mayor cantidad de caudal) y Mediterráneo pluvial en el curso medio y bajo con habituales avenidas durante el otoño. Las características ramblas de régimen torrencial abundan en el curso bajo. Toda la cuenca está salpicada de presas y embalses que alteran fuertemente el comportamiento de los ríos y que tienen como objetivo proveer de agua a la intensiva agricultura de regadío que se desarrolla en una zona dónde la sobreexplotación de acuíferos ha sido una práctica común. Además, el trasvase Tajo-Segura ha creado un pronunciado desequilibrio entre las cuencas del sur y del norte desde su inicio en 1979 (GilOlcina, 2000). CAPÍTULO2  Áreadeestudio  ~32~  Figura2. 8 .LacuencadelSegura.Arriba:topografíaylocalizacióndelasestacionesdeaforoincluidasenlabasede datos.Abajo:hidro‐pluviogramasmensualesdelosríosSegurayMundo.Lalíneahorizontalgrisdenotalamedianay laro j alamedia.Laslíneashacenre f erenciaalos p ercentiles10 y 90 y loscuadradosalos p ercentiles5 y 95. ÁreadeestudioCAPÍTULO2   ~33~  2.9. La cuenca del Júcar. La cuenca del río Júcar se extiende a lo largo de 21208 km². Su principal afluente es el Cabriel (542 hm³/año) aunque en su demarcación hidrológica también se incluyen otros ríos de entidad que drenan sus aguas directamente al Mediterráneo: Cenia (31 hm³/año), Mijares (222 hm³/año), Palancia (36 hm³/año) y Turia (352 hm³/año). La práctica totalidad de las cuencas de la región presenta un comportamiento hidrológico irregular propio de los ríos Mediterráneos, al que hay que añadir la alta densidad de población de gran parte de la cuenca (más de 5 millones de habitantes en total) y los efectos del turismo: en la cuenca del Júcar existen 400000 habitaciones de hotel con un patrón de ocupación muy estacional, concentrado principalmente en verano (Collins et al., 2009). Es otra de las cuencas peninsulares cuyos recursos hídricos se ven sobrepasados por la demanda. El 22% de 1.8 millones de hectáreas dedicadas a la agricultura en la cuenca son de regadío. La extracción de agua de los cursos fluviales se ha visto acompañada por el bombeo de agua subterránea, proceso que ha alterado notablemente el régimen natural y el comportamiento supraanual de los ríos (Gil-Olcina, 2006). Los contrastes fisiográficos y altitudinales generan dos gradientes en la distribución de la precipitación anual (≈500 mm/año), uno de norte a sur y otro de oeste a este. Las mayores precipitaciones (>900 mm/año) se registran en las sierras de la Ibérica, al noroeste de la cuenca, dónde se ubican las cabeceras de los ríos con caudales más abundantes. Esta zona es también la más fría, introduciendo un componente nival en el régimen de muchos ríos pluviales Mediterráneos. Aquí la presencia de litologías calizas permite la existencia de procesos de intercambio entre las aguas superficiales y las subterráneas. La variabilidad temporal de la precipitación también es alta, tanto interanual como mensual, si bien el máximo de precipitación se concentra en otoño y primavera. Los ríos de la cuenca se encuentran altamente modificados por 43 embalses cuyo uso principal es el riego y la producción hidroeléctrica. De ellos, 18 regulan el Júcar, 11 el Mijares y 4 el Turia. Paralelamente pequeñas presas y acequias se encuentran distribuidas por la red de drenaje alterando los caudales a nivel mucho más local. CAPÍTULO2  Áreadeestudio  ~34~  F igura2. 9 .LacuencadelJúcar.Arriba:topografíaylocalizacióndelasestacionesdeaforoincluidasenlabasede datos.Abajo:hidro‐pluviogramasmensualesdelosríosJúcaryTuria.Lalíneahorizontalgrisdenotalamedianaylaroja lamedia.Laslíneasnegrashacenreferenciaalospercentiles10y90yloscuadradosalospercentiles5y95. ÁreadeestudioCAPÍTULO2   ~41~  2.13. Tabla resumen de las estaciones de aforo. IdId AgenciaAgenciaCorrienteCuencaMunicipio Prec. media anual (mm) Caudal Medio Anual (Hm³) Área Drenaje (Km²) Altitud Media (m) 11427CEDEXEoCantábricasSanTirsodeAbres1221622713572 21734CEDEXCabreraMiñoPuentedeDomingo Florez10004115591270 31765CEDEXCabeMiñoMonfortedeLemos1026185366589 41353CEDEXNarceaCantábricasCangasdeNarcea13705075311048 51408(E)CEDEXNaviaCantábricasBoal14607402294804 61295CEDEXSellaCantábricasCangasdeOnis14275684801006 71358CEDEXPigüeñaCantábricasBelmontedeMiranda12172024031102 81621CEDEXMiñoMiñoLugo126713692251504 91631CEDEXMiñoMiñoOrense1162878412763816 101641CEDEXMiñoMiñoCrecente11571057114946774 111739CEDEXSilMiñoOBarcodeValdeorras976258943001073 121769CEDEXSilMiñoNogueradeRamuín110054707997980 132010CEDEXRiazaDueroMaderuelo553867251093 142011CEDEXPormaDueroBoñar13423092511411 152015CEDEXDueroDueroTudeladeDuero5461048128291039 162021CEDEXPisuergaDueroCerveradePisuerga9851872641358 172024CEDEXPisuergaDueroAlardelRey82942911191138 182030CEDEXArlanzaDueroCovarrubias72240712041195 192031CEDEXArlanzaDueroPeraldeArlanza64249524091061 202040CEDEXCarriónDueroVilloldo8723789171216 212042CEDEXCarriónDueroGrijota63339722611011 222043CEDEXPisuergaDueroCabezóndePisuerga618204214297963 232046CEDEXAdajaDueroÁvila5741276531307 242073CEDEXCeaDueroSahagún8082167621025 252077CEDEXTuertoDueroSta.Cristinadela Polvorosa92729551164 262107CEDEXRiveraDueroCerveradePisuerga102585541286 272056CEDEXAdajaDueroValdestillas48135552161051 282036CEDEXArlanzaDueroHerreradeValdecañas60386552001004 292109CEDEXArlanzónDueroVillasurdeHerreros745651071439 302070CEDEXBernesgaDueroLaRobla11243353421400 312108CEDEXCarriónDueroVelilladeCarrión10872402301672 CAPÍTULO2  Áreadeestudio  ~42~  IdId AgenciaAgenciaCorrienteCuencaMunicipio Prec. media anual (mm) Caudal Medio Anual (Hm³) Área Drenaje (Km²) Altitud Media (m) 322002CEDEXDueroDueroGarray72632514541260 332004CEDEXDueroDueroGormaz56961749651125 342054CEDEXDueroDueroSanMigueldelPino557368936648994 352062CEDEXDueroDueroToro540352840662972 362101CEDEXDueroDueroMolinosdeDuero852921331433 372002(E)CEDEXDueroDueroVillalcampo585809263109961 382004(E)CEDEXDueroDueroSaucelle587915172284958 392110CEDEXDuratónDueroSanMigueldeBernuy6121029361092 402082CEDEXEriaDueroMoralesdeRey69519944891102 412089CEDEXEriaDueroCastrocontrigo7781512821370 422044CEDEXEsguevaDueroValladolid47859971904 432071CEDEXEslaDueroVillamañán977183039501179 442074CEDEXEslaDueroVillanuevadeAzoague785250268061046 452095CEDEXEslaDueroBreto7614299144141037 462029(E)CEDEXEslaDueroMuelasdelPan7424221160291012 472122CEDEXLunaDueroLosBarriosdeLuna10784525031494 482029CEDEXPisuergaDueroCordovillaLaReal6405984241978 492009CEDEXRiazaDueroRiaza57819381480 502022CEDEXRiveraDueroCerveradePisuerga102596591280 512012(E)CEDEXRiveraDueroCerveradePisuerga102584541288 522080CEDEXTeraDueroPuebladeSanabria13443493051432 532006CEDEXTormesDueroHoyosdelEspino75856661630 542038(E)CEDEXTormesDueroMontejo74782218531328 553056(E)CEDEXAlbercheTajoElBurguillo77641110441294 563005CEDEXTajoTajoTrillo61256332631580 573141CEDEXAlagónTajoGuijodeGranadilla10038871861817 583183CEDEXAlbercheTajoEscalona6726202996989 593030CEDEXGalloTajoCorduente493608921322 603062CEDEXHenaresTajoAlcaládeHenares53325939521000 613052CEDEXJaramaTajoRivas‐Vaciamadrid60381229701040 623050CEDEXJaramaTajoRetiendas6661723761390 633070CEDEXManzanaresTajoMadrid632100733935 643001CEDEXTajoTajoPeralejosdelas Truchas8821574081580 653012CEDEXTajoTajoPolán538245727147920 ÁreadeestudioCAPÍTULO2   ~43~  IdId AgenciaAgenciaCorrienteCuencaMunicipio Prec. media anual (mm) Caudal Medio Anual (Hm³) Área Drenaje (Km²) Altitud Media (m) 663015CEDEXTajoTajoTalaveradelaReina547305833851892 673016CEDEXTajoTajoSerradilla603378141553828 683012(E)CEDEXTajoTajoAlcántara638527051953767 693082CEDEXTajuñaTajoOrusco5071632079977 704005(E)CEDEXBeceaGuadianaFernancaballero47128164730 714004CEDEXGuadianaGuadianaRuidera49375864961 724008CEDEXGuadianaGuadianaCorraldeCalatrava44128218921730 734014CEDEXGuadianaGuadianaVillanuevadelaSerena504139134936762 744018CEDEXGuadianaGuadianaBadajoz512253548712592 754002CEDEXGuadianaGuadianaOssadeMontiel478180724461746 764214CEDEXBullaqueGuadianaLuciana6072172038758 774103CEDEXJabalónGuadianaCorraldeCalatrava421472364765 784105CEDEXZújarGuadianaVillanuevadelaSerena5445648364543 795001(E)CEDEXGuadalquivirGuadalquivirSantiago‐Pontones8782005601190 805010(E)CEDEXGuadiatoGuadalquivirAlmodóvardelRío6281761490549 815014(E)CEDEXCalaGuadalquivirElRonquillo74789523508 825005(E)CEDEXGrandeGuadalquivirBañosdelaEncina56280577692 835078CEDEXCalaGuadalquivirGuillena740104591487 845020(E)CEDEXCubillasGuadalquivirAlbolote551606361033 855045CEDEXGenilGuadalquivirLoja52738640681013 865047CEDEXGenilGuadalquivirPuente‐Genil5406586040861 875001CEDEXGuadalquivirGuadalquivirVillanuevadel Arzobispo8782005761183 885004CEDEXGuadalquivirGuadalquivirMengíbar521104416205914 895006CEDEXGuadalquivirGuadalquivirPalmadelRío551300140663708 905072CEDEXGuadalquivirGuadalquivirAlcaládelRío563378147212653 915012CEDEXGuardalGuadalquivirHuescar55429241501 925077CEDEXHuelvaGuadalquivirGuillena8521341018474 935007(E)CEDEXJándulaGuadalquivirAndújar5121852243724 945011(E)CEDEXViarGuadalquivirCazalladelaSierra6261441138552 957001CEDEXSeguraSeguraYeste68624612091263 967003CEDEXMundoSeguraLietor5262587721045 977006CEDEXSeguraSeguraCieza4536117430912 987005(E)CEDEXQuíparSeguraCalasparra38412849843 997007(E)CEDEXGuadalentínSeguraLorca366221419940 CAPÍTULO2  Áreadeestudio  ~44~  IdId AgenciaAgenciaCorrienteCuencaMunicipio Prec. media anual (mm) Caudal Medio Anual (Hm³) Área Drenaje (Km²) Altitud Media (m) 1007006(E)CEDEXMulaSeguraMula4525171743 1017009(E)CEDEXMundoSeguraHellín3912812711823 1027008(E)CEDEXMundoSeguraLietor5262577521056 1037016CEDEXSeguraSeguraCieza4305969130857 1047029CEDEXSeguraSeguraRojales38611814961731 1057030CEDEXSeguraSeguraGuardamardelSegura3807215920703 1068027CEDEXAlfambraJúcarTeruel4663614201276 1078028CEDEXAlfambraJúcarPeralesdeAlfambra496294821429 1088090CEDEXCabrielJúcarPajaroncillo6701638341343 1098112CEDEXCabrielJúcarCofrentes5385424646988 1108099CEDEXCeniaJúcarPuebladeBenifasar6763194869 1118089CEDEXJúcarJúcarAlgemesí506102321629828 1128032CEDEXJúcarJúcarCuenca7423066261224 1138001(E)CEDEXJúcarJúcarAlarcón60943525721021 1148023(E)CEDEXJúcarJúcarVillalbadelaSierra78911110011313 1158005CEDEXMijaresJúcarVillarreal53022225111093 1168074CEDEXPalanciaJúcarNavajas54936478893 1178025CEDEXTuriaJúcarManises49635261401041 1188096CEDEXTuriaJúcarTeruel592608171382 1198014(E)CEDEXTuriaJúcarBenagéber50725242811211 1209011CEDEXEbroEbroZaragoza629721941535792 1219039CEDEXAlbercosEbroVillanuevadeCameros74538441302 1229005CEDEXAragónEbroCaparroso86818275440860 1239101CEDEXAragónEbroYesa93489321951102 1249018CEDEXAragónEbroJaca10392062441586 1259069CEDEXArgaEbroEchauri128112521899712 1269004CEDEXArgaEbroFunes95915702998632 1279044CEDEXCidacosEbroYanguas708502261335 1289017CEDEXCincaEbroFraga67024259615795 1299016CEDEXCincaEbroElGrado1069143021381325 1309001CEDEXEbroEbroMirandadeEbro78516095467855 1319002CEDEXEbroEbroCastejón689711916407821 1329026CEDEXEbroEbroLasRozas10083004661060 1339027CEDEXEbroEbroTortosa5941227983876722 ÁreadeestudioCAPÍTULO2   ~45~  IdId AgenciaAgenciaCorrienteCuencaMunicipio Prec. media anual (mm) Caudal Medio Anual (Hm³) Área Drenaje (Km²) Altitud Media (m) 1349028CEDEXEbroEbroFayón5981267979856788 1359112CEDEXEbroEbroSástago613757649458768 1369120CEDEXEbroEbroMendavia69933186526851 1379121CEDEXEbroEbroFlix5951307782087781 1389003CEDEXEgaEbroAndosilla7154161293644 1399071CEDEXEgaEbroEstella796376790756 1409063CEDEXEscaEbroSigües10003275101085 1419848(E)CEDEXÉseraEbroGraus91076815121308 1429013CEDEXÉseraEbroGraus9936028951535 1439128CEDEXÉseraEbroLaPuebladeCastro91076915121308 1449012CEDEXGállegoEbroLupiñén93357520531115 1459059CEDEXGállegoEbroMurillodeGállego94590819121156 1469123CEDEXGállegoEbroCaldearenas102082913991273 1479105CEDEXHuervaEbroMezalocha44426652893 1489065CEDEXIratiEbroLiédena103510651530846 1499066CEDEXIratiEbroArive14533421651082 1509047CEDEXIsábenaEbroCapella9161674271116 1519009CEDEXJalónEbroCalatayud45727876031026 1529010CEDEXJilocaEbroDaroca4419627211100 1539034CEDEXNajerillaEbroMansilla8661482401395 1549858(E)CEDEXNoguera PallaresaEbroTalarn834104120601640 1559102CEDEXNoguera PallaresaEbroLaPobladeSegur82886114701762 1569041CEDEXPancrudoEbroCalamocha469183781197 1579830(E)CEDEXSaladoEbroYerri1069113187843 1589064CEDEXSalazarEbroNavascués1049285398967 1599024CEDEXSegreEbroLérida6192441104271022 1609861(E)CEDEXSegreEbroCamarasa716174762371207 1619023CEDEXSegreEbroLaSeuD'Urgell7744127541559 16206O/03HSNIRHSaborDueroTorredeMoncorvo8198663490681 16307O/01HSNIRHDueroDueroTorredeMoncorvo5981096381096934 16407K/01HSNIRHDueroDueroLamego6381378991179903 16523M/01HSNIRHGuadianaGuadianaMourão515296152031572 166026L/01HSNIRHGuadianaGuadianaBeja531336059962539 16727L/01HSNIRHGuadianaGuadianaSerpa531403961651529 CAPÍTULO2  Áreadeestudio  ~46~  IdId AgenciaAgenciaCorrienteCuencaMunicipio Prec. media anual (mm) Caudal Medio Anual (Hm³) Área Drenaje (Km²) Altitud Media (m) 16808J/01HSNIRHPaivaDueroCastroD'aire1352210289792 16905Q/02HSNIRHSaborDueroMogadouro8397262833714 17018E/02HSNIRHTajoTajoSantarèm6801235068167664 17108H/02HSNIRHPaivaDueroArouca1649654649734 17225G/03HSNIRHSadoSadoFerreiradoAlentejo5982532726136 17310L/01HSNIRHMondegoMondegoFornosdeAlgodres816260602724 17412H/03HSNIRHMondegoMondegoVilaNovadePoiares1073411666627 1759G/01HSNIRHCaimaMondegoAlbergaria‐a‐Velha1460165189428 17609I/02HSNIRHVougaMondegoAlbergaria‐a‐Velha1516404651552 177EA016A.CatalanadelAguaFluviáCatalanasEsponellá1010207809581 178EA013A.CatalanadelAguaFluviáCatalanasOlot105246135740 179EA023A.CatalanadelAguaLlobregatCatalanasCastellbellielVilar6875153343771 180EA011A.CatalanadelAguaAnoiaCatalanasJorba53611217626 1810001A.AndaluzadelAguaGuadiaroAndaluzasGuacín1054301586795 1820033A.AndaluzadelAguaGuadiaroAndaluzasCortesdelaFrontera1097208496835 1830013A.AndaluzadelAguaGuaroAndaluzasAlfarnatejo6297501064 1840014A.AndaluzadelAguaGuaroAndaluzasViñuela62822129759 1850015A.AndaluzadelAguaAlcaucínAndaluzasViñuela63692101029 1860016A.AndaluzadelAguaBermuzaAndaluzasCanilladeAceituno628515919 1870030A.AndaluzadelAguaCampobucheAndaluzasBenaoján109448376873   Capítulo3 Basededatosy metodología   Enestecapítulosepresentalabasededatoshidrológicautilizada enelestudioylosprocedimientosseguidosparasuobtencióny validación.Seinformaademássobrelosíndicesestandarizados, decaudalyprecipitación,empleadosparalarealizacióndelos análisisposteriores.Finalmenteseaportanladescripciónyla valoracióncríticadelosmétodosyherramientasempleadosde manerageneralizadaalolargodelatesis,dadoquelas metodologíasmásespecíficassetratanensuscapítulos correspondientes.    CAPÍTULO3  Basededatosymetodología  ~48~  BasededatosymetodologíaCAPÍTULO3   ~49~  a integración dentro de un conjunto coherente de una metodología eficaz junto con una base de datos fiable y representativa del área de estudio, orientada a la consecución de los objetivos planteados en este trabajo, no es una labor sencilla. Adicionalmente, cuando se trata de un estudio a una escala espacial tan amplia, fundamentado en una base de datos hidrológica que hasta la fecha no había sido utilizada de forma masiva, el uso de diferentes técnicas y herramientas estadísticas se hace necesario, tanto para su creación como para su tratamiento y análisis. Sin embargo, su utilización ha de ser valorada de manera crítica, considerando el carácter singular del fenómeno de la sequía y las particularidades hidroclimáticas de la Península Ibérica. Esa adaptación y selección metodológica encaminada a la consecución de los objetivos planteados en el primer capítulo se ha de dar, no sólo en la cuantificación de los impactos de los déficits de precipitación y su influencia en el comportamiento hidrológico, sino también en la evaluación del impacto que las estrategias de gestión implementadas han producido en los sistemas fluviales durante la segunda mitad del siglo pasado y en la evaluación del papel que otros factores, como la evapotranspiración, juegan en la generación y propagación de las sequías en los sistemas hidrológicos dentro de un contexto de calentamiento global. Por estas razones, el tercer capítulo se ocupa, no sólo de aportar una descripción general de las herramientas empleadas, sino de discutir la adecuación y pertinencia de su uso. Para facilitar el seguimiento, a continuación se incluyen la base de datos (hidrológica) y los métodos que han sido utilizados de manera generalizada a lo largo de la tesis, reservando un apartado en cada capítulo dedicado a los datos climáticos y la metodología específica que se emplea en cada uno de ellos. A diferencia de los estudios basados en modelos, este trabajo tiene un carácter empírico y está basado en datos observacionales, por lo que la obtención de una base de datos de calidad contrastada resulta fundamental para la consecución de los objetivos planteados. Por ello, en la sección 3.1 se describe de manera pormenorizada la elaboración de la base de datos de caudales mensuales empleada en este trabajo. Se incluye el proceso CAPÍTULO3  Basededatosymetodología  ~50~  seguido para la obtención de los datos, los criterios para seleccionar las series, el relleno de las mismas y su validación. Para la definición del periodo de estudio, y dado que la calidad de las series era muy variable, el criterio seguido estuvo basado en un compromiso entre la densidad espacial y la cobertura temporal: era necesario obtener una muestra representativa de la variabilidad espacial presente en los sistemas hidrológicos peninsulares y, a la vez, un periodo de tiempo suficientemente amplio para abarcar los cambios acaecidos durante la segunda mitad del siglo XX, que pueden ser derivados, no sólo de los procesos de cambio climático, sino también del intensivo proceso de regulación hidrológica que ha tenido lugar en la Península desde los años sesenta. Además, se tuvieron en cuenta una serie de requisitos complementarios a la hora de definir el periodo de estudio, siguiendo las recomendaciones de la Organización Meteorológica Mundial (WMO, www.wmo.int): los análisis sobre la variabilidad climática han de comprender un periodo de al menos 30 años, en el que se incluya el periodo de referencia 1961-1990 para hacer los resultados comparables con los de otros estudios. Adicionalmente, y dado que en el capítulo siguiente se muestra un análisis de tendencias, se siguió la recomendación de Kundzewicz y Robson (2000), quienes aconsejaban la inclusión de un periodo de análisis de al menos 50 años para detectar cambios significativos en series de datos hidrológicos. De esta manera, y dado que el último año con datos disponibles en el momento de la adquisición de los mismos fue 2005, el periodo de estudio se fijó entre 1945 y 2005, cumpliendo de esta manera con todos los requisitos planteados. 3.1. Base de datos hidrológica: obtención, relleno y validación. Con el objetivo de crear una base de datos de aportaciones fluviales representativa de la totalidad de la Península Ibérica se adquirieron las series mensuales de caudal (en bruto) pertenecientes a 1460 estaciones de aforo (Figura 3.1) recopiladas y distribuidas por las distintas agencias del agua españolas (Centro de Estudios Hidrográficos, Agència Catalana de l’Aigua, Agencia Andaluza del Agua y Augas de Galicia) y la portuguesa (Sistema Nacional de Informaçâo de Recursos Hídricos). El método de obtención de los caudales diarios en la Península está basado en el nivel (altura) del agua registrada diariamente en cada estación de aforo. Estas BasededatosymetodologíaCAPÍTULO3   ~57~  La selección de la mejor distribución se realiza utilizando la aproximación cuantitativa propuesta por Kroll y Vogel (2002), dónde se selecciona la mejor distribución en base a la mínima distancia ortogonal entre las muestras de L-momentos en una estación i y la relación de L-momentos para una distribución dada seleccionada de entre las 6 distribuciones consideradas, minimizando el sesgo y la curtosis de la nueva variable estandarizada. En la figura 3.3 se muestran varios ejemplos de series de caudal mensual de distintas cuencas y las series convertidas a valores z. La estandarización de los caudales permite la comparabilidad de los mismos en el tiempo y en el espacio, independientemente de las diferencias de caudal entre cuencas y de los distintos regímenes fluviales. 3.3. El Índice de Precipitación Estandarizada (SPI). En la sección anterior se hacía referencia a varios enfoques para calcular índices de sequía climática que estaban fundamentados en la transformación de series mensuales de variables hidroclimáticas o series estandarizadas de anomalías de precipitación del balance hídrico climático. Entre ellos destacan el Índice de Severidad de Sequía de Palmer (Palmer Drought Severity Index, PDSI; Palmer, 1965) y los índices que se han derivado a partir de él (Karl et al., 1987; Heddinghaus y Sabol; 1991; Wells et al., 2004); el Índice de Precipitación Estandarizada (Standardized Precipitation Index, SPI; McKee et al., 1993) y el Índice Estandarizado de Precipitación y Evapotranspiración (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI; Vicente-Serrano et al., 2010a). Este último será presentado y aplicado en los análisis del octavo capítulo de la tesis. Todos ellos a excepción del SPEI, debido a su reciente publicación, han sido intensamente utilizados para evaluar los impactos de la sequía en los distintos sistemas donde éstos se manifiestan: la actividad vegetal y el crecimiento de los bosques (Lotsch et al., 2003; Vicente-Serrano, 2007; Quiring y Ganesh, 2010; Pasho et al., 2011), la productividad de los cultivos (Vergni y Todisco, 2011; Potop, 2011), el nivel de los acuíferos (Khan et al., 2008; Fiorillo y Guadagno, 2010) y las descargas fluviales (Sims et al. , 2002; Vicente-Serrano y LópezMoreno, 2005; Zhai et al., 2010). CAPÍTULO3  Basededatosymetodología  ~58~  Entre ellos, el PDSI ha recibido numerosas críticas fundamentalmente debidas a que los parámetros necesarios para su cálculo son muchos, costosos de obtener y han sido calibrados tan sólo en los Estados Unidos. Por ello, los resultados que arrojan no son comparables en otros ámbitos geográficos. Este problema se resolvió con el desarrollo de los Índices de Palmer Auto-Calibrados (Wells et al., 2004). A pesar de ello, la otra carencia de los Índices de Palmer es que no permiten monitorizar las sequías a diferentes escalas temporales y, por tanto, no permiten una evaluación precisa de las condiciones en diferentes regiones y sistemas naturales. Esta última representa su mayor desventaja con respecto a un índice de concepción multi-scalar como el SPI (Edwards y McKee, 1997). El SPI requiere por su parte de un número menor de variables, es de fácil computación, y permite evaluar las condiciones acumuladas de sequía o déficit hídrico a distintas escalas temporales. Estas razonas han llevado al SPI a ser uno de los índices de sequía climática más extendidos y utilizados en los últimos años a nivel global. En este trabajo se ha utilizado el SPI por las razones expuestas, pero principalmente por su capacidad de monitorización multi-escalar. McKee et al. (1993) utilizaron la distribución Gamma para transformar las series de precipitación en series estandarizadas y obtener así el SPI. En este trabajo se ha utilizado el algoritmo descrito por López-Moreno y Vicente-Serrano (2008) para calcular los SPI a escalas desde 1 a 48 meses, basándose en el mejor ajuste de las series de precipitación a la distribución Pearson III (Guttman, 1999; Quiring, 2009), pues además de los parámetros de forma y escala de la distribución Gamma, presenta un parámetro más (origen), que la hace más flexible para el cálculo del SPI. La Figura 3.4 muestra un ejemplo ilustrativo de la evolución temporal de la serie de precipitación y del SPI promedio de la cuenca del Segura calculado a las escalas de 3, 6, 12, 24 y 48 meses entre 1945 y 2005. Se aprecia como a escalas temporales cortas existe una alta frecuencia en la alternancia entre periodos secos y húmedos. Sin embargo, a medida que las escalas temporales se hacen más largas, los déficits de precipitación se acumulan y la frecuencia en la variación es mucho menor, con periodos secos y húmedos mucho más duraderos. BasededatosymetodologíaCAPÍTULO3   ~59~  Figura3.4.A)EvolucióntemporaldelaprecipitaciónmensualenlacuencadelSegura.B,C,D,EyF)Evolución temporaldelosSPIdelacuencadelSeguraalasescalasde3,6,12,24y48mesesrespectivamente. CAPÍTULO3  Basededatosymetodología  ~60~  3.4. La Ratio de Retención de caudales (IR). Para obtener un indicador sobre cómo los embalses pueden alterar los caudales de los ríos, que sea comparable entre las distintas cuencas, independientemente de la capacidad de embalsado de cada una de ellas, se calculó la Ratio de Retención (IR, del inglés Impoundment Ratio) propuesta por Batalla et al. (2004). La IR consiste en la relación existente entre la capacidad total de retención de una cuenca de drenaje y el caudal medio anual de la misma expresado como una fracción decimal adimensional. Los datos referentes a la capacidad de los embalses fueron proporcionados igualmente por las agencias del agua mencionadas con anterioridad en el caso de los caudales. A pesar de que el uso de un indicador como la capacidad total de embalsado puede sobreestimar los efectos hidrológicos de las presas, dado que no representa la capacidad real (por los procesos de sedimentación y colmatación que se dan en los embalses y que reducen su capacidad), es el único dato del que se puede disponer a una escala espacial tan amplia. En este trabajo, la Ratio de Retención ha servido para explicar e ilustrar el comportamiento de determinados ríos y para relacionar el grado o intensidad de la regulación con la evolución y los cambios temporales de sus caudales. Con esta finalidad, en los análisis posteriores las distintas cuencas de drenaje se han clasificado en 3 categorías diferentes de acuerdo a la Ratio de Retención: cuencas no reguladas (con un IR de 0), cuencas modificadas (con IR entre 0 y 1) y cuencas altamente modificadas (con un IR mayor de 1). 3.5. Análisis estadístico. A continuación se aporta información sobre las técnicas y herramientas utilizadas para el tratamiento de los datos e índices anteriormente citados, cuyo uso está encaminado a la obtención de medidas de asociación entre las variables involucradas en los distintos análisis y a la extracción de patrones generales, dada la naturaleza regional del trabajo. 3.5.1. Extracción de patrones generales: el Análisis de Componentes Principales. El Análisis de Componentes Principales (ACP) ha sido ampliamente utilizado por hidrólogos y climatólogos en análisis hidro-climáticos durante los últimos años, principalmente en estudios de carácter regional, aprovechando su capacidad de extraer los BasededatosymetodologíaCAPÍTULO3   ~61~  patrones de variabilidad generales a destacar pero a la vez, retener las particularidades locales (Kalayci y Kahya, 2006; Morán-Tejeda et al., 2011; Peterson et al., 2011). Junto con el ACP, el Análisis Clúster también ha sido presentado en la literatura científica internacional como una alternativa a la hora de clasificar el comportamiento de una variable hidroclimática distribuida dentro de un amplio contexto espacial de observaciones (Stahl y Demuth, 1999; Fleig et al., 2011). Sin embargo, la principal desventaja del Análisis Clúster es que realiza una mera (aunque robusta) clasificación, perdiendo la capacidad de síntesis que muestra el ACP y que resulta fundamental en un trabajo como el que aquí se aborda, en el que existe una gran variabilidad espaciotemporal de las variables a analizar. No sólo eso, el ACP también es capaz de proporcionar una medida cuantitativa de la correlación entre los nuevos componentes creados y las variables originales. Esta información asociativa, dirigida a la inferencia de patrones de variación a escala más local dentro de un mismo patrón general definido, presenta un gran interés orientado hacia una posible aplicación en planes reales de gestión. El Análisis de Componentes Principales es una técnica estadística multivariante cuya funcionalidad principal es la síntesis y extracción de los patrones generales de variación en el tiempo o en el espacio inherentes a un conjunto de variables. El ACP consiste en la transformación ortogonal (basada en la creación de nuevos ejes tridimensionales alrededor de los cuales se redistribuirá la varianza) de las variables originales en una nueva serie de variables no correlacionadas entre sí, denominadas Componentes Principales, y que son combinaciones lineales de las variables originales (Preisendorfer, 1988). Estas nuevas variables tienen la virtud de resumir las características estadísticas (varianza) del conjunto de variables originales en una nueva serie de componentes de naturaleza adimensional, los cuales contienen la información elemental relativa a las primeras, pero habiendo eliminado la información redundante y/o el ruido. Una vez obtenido el nuevo conjunto de variables no correlacionadas (componentes), los ejes de éstas se rotan para redistribuir la varianza explicada y obtener patrones físicos lo más coherentes posible. El tipo de rotación aplicada en todos los análisis fue la Varimax (White et al., 1991), orientada a obtener la máxima correlación posible con relación a cada componente, y por tanto la más recomendada para este tipo de aplicaciones (Jollife, 1990). Los coeficientes de esas combinaciones son las denominadas cargas factoriales, y representan las correlaciones de cada componente con cada variable original; por ello esta medida cuantitativa ha sido utilizada para la extracción y CAPÍTULO3  Basededatosymetodología  ~62~  agrupación de los patrones y su representación espacial mediante cartografía en los capítulos 5 y 7. Por otra parte, de acuerdo con la regla de la carga factorial máxima (Vicente-Serrano, 2005), las variables son asociadas con cada componente cuando su carga factorial es mayor para un componente dado que para los demás. Esta regla se utilizó para la regionalización hidrológica llevada a cabo en el capítulo 6 de la tesis y la asociación de los patrones de respuesta hidrológica ante condiciones de sequía climática realizada en el capítulo 7. 3.5.2. Estimación de la asociación entre dos variables mediante coeficientes de correlación: la r de Pearson y la tau de Kendall. A lo largo de la tesis se realizarán múltiples análisis basados en la asociación entre dos variables distintas, tanto de naturaleza climática como hidrológica. En el caso de variables estandarizadas se utilizará el coeficiente de correlación paramétrico de Pearson, mientras que cuando éstas no lo estén, se utilizará la Tau de Kendall, pues es un coeficiente de correlación basado en rangos. Esta distinción está soportada por el hecho de que al analizar una determinada variable cuantitativa, las pruebas estadísticas de estimación y contraste suelen estar basadas en la suposición de que se ha obtenido una muestra que sigue una distribución de probabilidad dada. Sin embargo, en algunas ocasiones esta suposición no es válida. Para estos casos existen dos alternativas. La primera consiste en la transformación de los datos, obteniendo una variable estandarizada (con media 0 y desviación estándar 1), como es el caso del Índice de Caudal Estandarizado (SSI) o del Índice de Precipitación Estandarizado (SPI). Para este tipo de variables se ha utilizado la r de Pearson, ya que se trata de un test paramétrico que asume que los datos siguen una distribución normal. La otra opción consiste en utilizar pruebas estadísticas que no estén basadas en ninguna suposición acerca de la distribución de probabilidad que siguen las variables analizadas, por lo que se denominan pruebas no paramétricas. En este trabajo se ha utilizado la Tau de Kendall para analizar las variables no estandarizadas. BasededatosymetodologíaCAPÍTULO3   ~63~  3.5.2.1. El coeficiente de correlación lineal de Pearson (r de Pearson). El coeficiente de correlación de Pearson es una medida de la correlación o dependencia lineal entre dos variables x e y, cuyos valores oscilan entre +1 y -1, ambos inclusive. Ha sido ampliamente utilizado en la literatura científica y en estadística como una medida de la dependencia lineal entre dos variables (Stigler, 1989). El coeficiente de correlación de Pearson entre dos variables se define como la covarianza de ambas dividida por sus desviaciones estándar. Su interpretación es sencilla: los coeficientes oscilan entre -1 y +1. Un valor de +1 implica una relación entre X e Y de manera perfecta, en la cual Y aumenta en la medida que lo hace X. Un valor de -1 implica que ambas variables estarían inversamente correlacionadas. Un valor de 0 indicaría que no existe correlación lineal entre las variables. 3.5.2.2. El coeficiente de correlación de rangos de Kendall (tau de Kendall). La tau de Kendal (τ) es un coeficiente de correlación por rangos utilizado para medir la asociación entre dos variables ordinales (Kendall, 1938). Se trata de una medida no paramétrica de la semejanza de los órdenes de los rangos que tiene en consideración los empates y cuya finalidad es verificar la hipótesis de si dos variables son estadísticamente dependientes. El signo del coeficiente indica la dirección de la relación y su valor absoluto indica la magnitud de la misma, de tal modo que los mayores valores absolutos indican las relaciones más fuertes. Los valores varían, al igual que en el caso de la r de Pearson, entre - 1 y +1. Al tratarse de un test no paramétrico no depende de ninguna asunción sobre las distribuciones de X e Y, por lo que en este trabajo se aplicará a variables no estandarizadas. CAPÍTULO3  Basededatosymetodología  ~64~    Capítulo4 Evoluciónyvariabilidad estacionaldelos caudalesibéricos   Enestecapítuloseaportaunavisióngeneraldelaevolución espaciotemporaldeloscaudalesibéricosentre1945y2005, obtenidadelosanálisisdetendenciasrealizadossobrelas187 seriesdecaudalaescalaanual,estacionalymensual.La identificacióndelastendencias,tantolasignificaciónestadística comolamagnitud,seacompañadesuinterpretaciónyconla búsquedadelosfactoresquelasexplican.Seaportanevidencias delapérdidadeimportanciadelaprecipitaciónparaexplicarla evolucióndeloscaudalesydelaumentodelaincidenciadeotros factorescomolaregulaciónhidrológica,elincrementodelos usosconsuntivosdelaguayloscambiosdeusosdelsuelo.    CAPÍTULO4  Evoluciónyvariabilidadestacionaldeloscaudalesibéricos  ~66~  EvoluciónyvariabilidadestacionaldeloscaudalesibéricosCAPÍTULO4   ~73~  Figura4.2.Distribuciónespacialdelastendenciassignificativas(α<0.05)positivasynegativasobtenidasdelasseriesde caudalestacionalesyanual.LasestacionesdeaforoasuvezaparecenclasificadassegúnsuRatiodeRetención(IR=0, regímenesnaturales;IR>0<1,regímenesmodificados;IR>1,regímenesaltamentemodificados). CAPÍTULO4  Evoluciónyvariabilidadestacionaldeloscaudalesibéricos  ~74~  Numerosas cuencas del centro y oeste de la Península han experimentado un incremento de los caudales de sus ríos durante el verano, sin embargo la situación es bien distinta en la vertiente Mediterránea, donde a excepción de la cuenca del Segura la mayoría de sistemas hidrológicos muestran una tendencia hacia el descenso de sus caudales durante la estación seca. Se observa un patrón similar durante el otoño, si bien las tendencias positivas encontradas durante el verano reducen su presencia en las grandes cuencas del noroeste. El grado de regulación hidrológica influye en las tendencias obtenidas en verano, cambiando el signo de las tendencias observadas durante el invierno en la cabecera del Ebro y algunos sectores fluviales de la cuenca media del Tajo, Guadiana y Guadalquivir, que están intensamente regulados. Considerando la escala anual de análisis, una elevado porcentaje (>50%) de cuencas repartidas por toda la Península mostraron tendencias negativas de sus caudales, aunque con diferencias notables entre cuencas. Las de pequeño y medio tamaño pertenecientes a las fachadas Cantábrica y Atlántica muestran tendencias positivas y significativas en verano en aproximadamente el 25% de las cuencas. Contrastando con esta situación, la mayoría de las cuencas de los sectores central y meridional (Ebro, Tajo, Júcar, Guadiana, Guadalquivir y las Mediterráneas Andaluzas) experimentaron un descenso generalizado de sus caudales, superior al 90% del total de estaciones de aforo en el caso de la cuenca del Júcar. La cuenca del Júcar mostró tendencias negativas durante las 4 estaciones del año en al menos el 50% de las estaciones de aforo. En la Cuenca del Segura, el agua del trasvase neutraliza las tendencias negativas encontradas en todas las sub-cuencas del centro y sur de la región. Un alto porcentaje de estaciones que mostraron tendencias negativas durante el resto del año, muestran un incremento de sus caudales de verano, fenómeno que resulta más acusado en las cuencas pertenecientes a la vertiente Atlántica. La Tabla 4.1 muestra el porcentaje de tendencias estacionales significativas clasificadas por el tipo de regulación de acuerdo a su Ratio de Retención (IR). Los ríos no regulados presentan descensos dominantes de caudal, que son más evidentes durante la primavera y considerando el año en su conjunto (>50%), de ahí que el porcentaje de tendencias positivas significativas sea muy bajo, independientemente de la estación considerada. Las cifras relativas a los ríos no regulados son similares a las obtenidas para los regulados, a pesar de que éstos muestran mayores porcentajes de tendencias positivas EvoluciónyvariabilidadestacionaldeloscaudalesibéricosCAPÍTULO4   ~75~  Tabla4.1.Porcentajedetendenciassignificativaspositivasynegativas,clasificadasporeltipoderegulacióndeacuerdoa suRatiodeRetención(IR=0,regímenesnaturales;IR>0<1,regímenesmodificados;IR>1,regímenesaltamente modificados). de caudal en verano y otoño, debido a la modificación que sufren. En el caso de los ríos altamente modificados se observó un importante aumento en los porcentajes de cuencas con tendencias negativas en invierno y primavera (el 62% y 70% respectivamente), que son causados por la estrategia de gestión más generalizada: el almacenamiento de la precipitación de invierno y primavera para satisfacer la demanda de agua para el riego y el abastecimiento urbano durante la estación seca, lo que resulta en el moderadamente alto porcentaje de estaciones con tendencias positivas observadas durante el verano (35%). Así pues, se observa un descenso generalizado de los caudales ibéricos en los últimos 60 años, tanto en cuencas reguladas como no reguladas. Las tendencias negativas observadas en los caudales anuales, así como en los de invierno y primavera coinciden con los resultados de otros estudios llevados a cabo en la Península Ibérica, y con el patrón general de descenso de los caudales en el conjunto de la cuenca Mediterránea. Stahl et al. (2010) han mostrado recientemente un descenso generalizado de los caudales de los ríos meridionales del continente, entre los que se incluyen varias cuencas del norte de España. Por otra parte, Morán Tejeda et al. (2010a) y López-Moreno et al. (2011) han mostrado la existencia de tendencias negativas dominantes en las cuencas del Duero y del Ebro, respectivamente. Este patrón se extiende por otros sectores de la región Mediterránea, como el sudeste de Francia, dónde Lespinas et al. (2010) observaron tendencias negativas generalizadas en los caudales. En Grecia, Mavromatis y Stathis (2010) han mostrado un patrón similar en 17 estaciones de aforo para el periodo 1951-2006. En Turquía, Kahya y Kalayci (2006) mostraron un descenso generalizado de los caudales en 83 estaciones de aforo pertenecientes a 26 cuencas del país. Régimennatura l Régimenregulado Régimenaltamenteregulado PositivaNegativa Positiva Negativa PositivaNegativa Anual3.45 77.59 8.70 80.43 8.1175.68 Invierno5.17 39.66 4.35 43.48 2.7062.16 Primavera5.17 51.72 2.17 55.43 8.1170.27 Verano6.90 44.83 23.91 35.87 35.1429.73 Otoño3.45 25.86 10.87 32.61 10.8137.84 CAPÍTULO4  Evoluciónyvariabilidadestacionaldeloscaudalesibéricos  ~76~  La variabilidad climática de la región Mediterránea ha sido frecuentemente asociada a descensos generalizados de la precipitación durante la segunda mitad del siglo pasado (Dunkeloh y Jacobeit, 2003; Xoplaki et al., 2004), descensos que son más acusados en invierno (López-Moreno et al., 2009b). De ahí se deduce que el patrón generalizado de disminución de los caudales durante el invierno y la primavera en la Península Ibérica puede estar asociado en alguna medida con las tendencias negativas de la precipitación (Rodrigo y Trigo, 2007; Mourato et al., 2009). La fuerte tendencia negativa de la precipitación durante Marzo (González-Hidalgo et al., 2010) y su desplazamiento hacia Febrero (Del Rio et al., 2010) se refleja en el marcado descenso que se ha encontrado en los caudales invernales. Este posible origen climático de las tendencias negativas es apoyado por el hecho de que éstas han sido observadas tanto en ríos regulados como no regulados. Además, el hecho de que la acumulación nival durante el invierno sea cada vez menor (Sanz-Elorza et al., 2003; López-Moreno y García-Ruiz, 2004; López-Moreno, 2005) estaría influyendo directamente el descenso de los caudales primaverales en un momento en el que el consumo de agua por parte de la vegetación resulta bajo. La importancia que tiene la precipitación invernal sobre los caudales de verano es particularmente importante en la Península Ibérica (Hisdal et al., 2001; López-Moreno et al., 2007), dónde los procesos de recarga de embalses y acuíferos determinan en numerosas cuencas el funcionamiento de los sistemas hidrológicos durante las siguientes estaciones o años. En este sentido, la regulación hidrológica podría estar provocando la acentuación de las tendencias negativas de los caudales durante el invierno, especialmente en la vertiente atlántica, ya que la estrategia de gestión más generalizada de los embalses es el llenado de los mismos durante la estación invernal, a expensas de reducir significativamente las descargas durante el invierno y la primavera, para garantizar el abastecimiento en verano, que es cuando se registran las principales demandas debido a las campañas de riego. 4.3. Magnitud de los cambios en los caudales. La magnitud de los cambios observados en los caudales anuales y estacionales durante el periodo 1945-2005, así como su distribución espacial, se muestran en la Figura 4.3. El patrón anual muestra descensos generalizados en toda la Península, sin embargo éste se distribuye con diferente intensidad a lo largo del espacio. EvoluciónyvariabilidadestacionaldeloscaudalesibéricosCAPÍTULO4   ~77~  Figura4.3.Distribuciónespacialdelamagnituddelastendenciasestacionalesrespectoalpromediodelasdescargas estacionales(1945‐2005)encadaestacióndeaforo. CAPÍTULO4  Evoluciónyvariabilidadestacionaldeloscaudalesibéricos  ~78~  Se detectó un descenso medio anual del 1% en los caudales de las cuencas situadas en la orla septentrional de la Península (incluyendo las cuecas Cantábricas, Miño, Duero y Ebro). Sin embargo, las tendencias de descenso más acusadas (del 1 al 3%) se localizan en el centro y sur de la Península (en las cuencas del Tajo, Júcar, Guadalquivir y Guadiana). Por su parte, las sub-cuencas del sector meridional de la cuenca del Segura experimentaron descensos superiores al 3% anual. Los patrones espaciales durante el invierno y la primavera muestran una distribución similar, con pérdidas entre el 1% y el 3% anual respecto al valor promedio, en amplios sectores del Guadalquivir, Guadiana y Júcar, que también afectan a las cuencas del Duero y del Ebro. Las descensos más pronunciados (>3%/año) se produjeron en los sectores centrales y meridionales de las cuencas del Guadiana y Guadalquivir. Por el contrario, se observan ligeros incrementos de caudal durante el invierno en cuencas cuyas cabeceras se sitúan en las montañas húmedas del norte de la Península (la cordillera Cantábrica y los Pirineos), dónde los aumentos de temperatura experimentados pueden estar acelerando los procesos de fusión nival y, de esta manera, incrementando los caudales invernales. Los cambios en verano son en general positivos en las sub-cuencas del Miño, Duero y Ebro (>3%/anual) que drenan desde la cordillera Cantábrica y los Montes de León, en el Guadiana medio y el alto Guadalquivir. Los incrementos durante el otoño (1% a 3% anual) se localizaron en el Miño y bajo Tajo, aunque aumentos del 1% anual también se observaron en distintas cuencas montañosas del Duero y el Ebro. Los cambios estacionales observados en la cuenca del Segura muestran un comportamiento asimétrico, con marcados incrementos de caudal en la parte norte de la cuenca y grandes descensos (>3%/año) en el sur. Así pues, a pesar de que predominan las tendencias negativas de caudal en la Península Ibérica, tanto en invierno y primavera, como a escala anual, también se ha observado un patrón espacial que indica mayores descensos en las cuencas del sur y sudoeste, con un gradiente sudoeste-noreste en la magnitud de cambio. Estas diferencias espaciales podrían estar explicadas no sólo por la gestión hidrológica (las cuencas con descensos más pronunciados son en su mayoría cuencas altamente modificadas), sino también por los diferentes patrones de circulación atmosférica que afectan a la Península Ibérica, entre los que destaca la Oscilación del Atlántico Norte (NAO)(Vicente-Serrano y Trigo, 2011). Precisamente son las zonas de mayor impacto de la NAO (Rodríguez-Puebla EvoluciónyvariabilidadestacionaldeloscaudalesibéricosCAPÍTULO4   ~79~  et al., 1998; Martín-Vide y Fernández, 2001; Rodrigo y Trigo, 2007) dónde se han registrado las tendencias negativas de caudal más acusadas, lo que ayudaría a explicar los grandes descensos en los caudales invernales observados en las cuencas meridionales del área de estudio. Este patrón coincidiría con las tendencias negativas generalizadas observadas en los caudales en el ámbito Mediterráneo (Kahya y Kalayci, 2004; Stahl et al., 2010; López-Moreno et al., 2011), que han sido asociadas a las persistentes fases positivas de la NAO desde 1970 (Hurrell, 1995; Hurrel y van Loon, 1997). 4.4. Influencia de las precipitaciones y el papel de la regulación hidrológica. A continuación se realiza un análisis mediante un modelo de regresión lineal con el objetivo de evaluar el papel que tiene la precipitación para explicar el patrón de descenso generalizado de los caudales observado en las secciones anteriores. La Figura 4.4 muestra una serie regional de precipitación ibérica calculada como el promedio de las series de precipitación anual pertenecientes a 45 observatorios meteorológicos distribuidos uniformemente a lo largo de toda la Península, y una serie regional de caudales obtenida mediante el promedio de los caudales anuales de los 8 grandes ríos de la Península (Miño, Duero, Tajo, Guadiana, Guadalquivir, Segura, Júcar y Ebro) medidos en la estación más próxima a la desembocadura de cada uno de ellos. La correlación entre ambas series es significativa (Kendal tau = 0.504; α < 0.01). Ambas series muestran una evolución negativa, si bien el descenso de la precipitación es inferior (Kendal tau = -0.08) que la de caudal (Kendal tau = -0.204; α < 0.05). Se utilizó un modelo de regresión lineal para predecir la evolución de los caudales (variable dependiente) en función de la precipitación (variable independiente) de acuerdo con el método planteado por Beguería et al. (2003). La serie de residuales resultante del modelo (diferencia entre el caudal observado y el caudal predicho por el modelo) muestra una evolución positiva (Kendal tau = 0.141), indicando que el papel de la precipitación anual para explicar la evolución de los caudales anuales está disminuyendo con el tiempo. Esto soportaría la existencia de otras variables distintas a la precipitación, cuya importancia al explicar el comportamiento hidrológico puede estar aumentando en los últimos años. CAPÍTULO4  Evoluciónyvariabilidadestacionaldeloscaudalesibéricos  ~80~  Figura4.4.Arriba:evolucióntemporaldelasseriesregionalesdeprecipitaciónycaudalanualparaelconjuntodela PenínsulaIbérica.Abajo:seriederesidualesentreloscaudalespredichosporunmodeloderegresiónsimplebasadoen la p reci p itación y loscaudalesobservados. La Figura 4.5 muestra un gráfico de cajas dónde las magnitudes del cambio anual y estacional observadas en las diferentes cuencas ibéricas aparecen clasificadas de acuerdo a la intensidad de la regulación que sufren las cuencas cuantificada en función de la Ratio de Retención (IR =0, regímenes naturales; IR > 0 < 1, regímenes modificados; IR > 1, regímenes altamente modificados). La magnitud de los cambios anuales es principalmente negativa considerando las tres categorías de regulación, aunque los descensos observados en las cuencas con regímenes altamente modificados son más pronunciados. Considerando las magnitudes de cambio en los caudales estacionales surgen claras diferencias. Las tendencias de invierno, primavera y otoño muestran descensos más importantes en las cuencas altamente modificadas, sin grandes diferencias entre los regímenes naturales y los regulados, que también muestran descensos generalizados, pero no tan importantes como EvoluciónyvariabilidadestacionaldeloscaudalesibéricosCAPÍTULO4   ~81~  Figura4.5.Gráficodecajasmostrandolamagnituddeloscambiosenloscaudalesestacionalesclasificadosporel tipoderegulación.Lalíneahorizontaldentrodelascajasrepresentalamediana;losbigotesrepresentanelpercentil 10 y 90 ,  y loscuadradosre p resentanel p ercentil95. en las cuencas más reguladas. Por el contrario, en verano se observa el patrón inverso, con los ríos de régimen natural experimentando leves pérdidas generalizadas de caudal, mientras que alrededor del 40% de los ríos altamente modificados muestran un aumento de caudal. CAPÍTULO4  Evoluciónyvariabilidadestacionaldeloscaudalesibéricos  ~82~  Figura4. 6 .a)Distribuciónestacionaldelospromediosdeentradas,reservasysalidasdelríoGuadianaenel embalsedeOrellana.b)Distribuciónestacionaldelospromediosdeentradas,reservasysalidasdelríoGuadalquivir enelembalsedeTrancodeBeas. Para complementar la explicación sobre en qué medida la regulación hidrológica está causando importantes diferencias en la magnitud de los cambios entre ríos regulados y no regulados, la Figura 4.6 muestra, a modo de ejemplo representativo de las estrategias de gestión más extendidas en la Península Ibérica, la distribución media mensual de entradas, reservas (embalsado) y salidas registradas durante el periodo de estudio en los embalses de dos cuencas del sur de España, clasificadas en este estudio como altamente modificadas: el embalse de Orellana en el curso medio del Guadiana, en la provincia de Badajoz (construido en 1961 y con 808 hm³ de capacidad), y el de Tranco de Beas, en el curso alto del Guadalquivir, en la provincia de Jaén (construido en 1944 y con 498 hm³ de capacidad). Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAOCAPÍTULO5   ~89~  umerosos estudios han demostrado la existencia de patrones de teleconexión atmosférica y han evaluado la manera en que éstos influyen sobre el clima europeo, especialmente durante el invierno. Centrados en las afecciones concretas sobre la región Mediterránea, cabe destacar dos patrones: el patrón de teleconexión del Este del Mediterráneo (Hatzaki et al., 2007, 2009) y la Oscilación del Oeste del Mediterráneo (WeMO; Martín-Vide y López-Bustíns, 2006), que condicionan la cantidad de precipitación que se produce en amplios sectores de la cuenca Mediterránea. Sin embargo, para este análisis se seleccionó el patrón sinóptico dominante en el contexto espacial europeo: la Oscilación del Atlántico Norte (North Atlantic Oscillation, NAO; Hurrel, 1995; Hurrel y Van-Loon, 1997). La NAO ha sido ampliamente reconocida en la literatura científica como el modo de variabilidad más influyente sobre los sistemas hidro-climáticos de Europa Occidental (Vicente-Serrano y Trigo, 2011). Es por ello que en los últimos años se ha llevado a cabo un intensivo esfuerzo por evaluar los impactos de la NAO a distintas escalas espaciotemporales y establecer su potencial predictivo, tanto en sus afecciones sobre la precipitación (Hurrel y Van-Loon, 1997; Rodríguez-Puebla et al., 1998; Uvo, 2003; Muñoz-Díaz y Rodrigo, 2004; LópezMoreno y Vicente-Serrano, 2008) como en sus repercusiones sobre la hidrología superficial (Shorthouse y Arnell, 1997; Cullen et al., 2002; Rimbu et al., 2002; Kalayci y Kahya, 2006; López-Moreno et al., 2007; Massei et al., 2009; Morán-Tejeda et al., 2011). 5.1. La Oscilación del Atlántico Norte: funcionamiento, impactos y potencialidades. La NAO es un modo de circulación atmosférica consistente en un dipolo de presión con gradiente norte-sur entre latitudes medias y altas establecido sobre el Oceáno Atlántico (Hurrel, 1995; Hurrel et al., 2003). El invierno es la estación durante la cual la NAO permanece más activa y cuando se producen las mayores amplitudes entre anomalías de presión positivas y negativas; es entonces cuando la NAO controla la dirección de los campos de viento y las interacciones entre masas de aire en el Atlántico Norte, influyendo CAPÍTULO5  Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAO  ~90~  notablemente el clima y la hidrología de la región (Hurrell et al., 2003; Kingston et al., 2006a). En las latitudes medias de la región Atlántica, durante los inviernos con fase NAO positiva se producen vientos de componente oeste anormalmente fuertes que contribuyen al aumento e intensificación de las tormentas con trayectoria hacia Europa (Rodwell et al., 2002; Trigo et al., 2002). Esta configuración sinóptica genera inviernos más (menos) húmedos en el norte (sur) de Europa, mientras que las fases NAO negativas producen el efecto contrario (Visbeck et al., 2001). Consecuentemente, estos patrones pueden afectar la dinámica de los recursos hídricos, motivando que sus impactos sobre la hidrología superficial hayan sido ampliamente analizados y su capacidad predictiva explorada. Los caudales en el norte de Europa están positivamente correlacionados con la NAO, mientras que los caudales en Europa Central y Meridional muestran la relación contraria. Se ha observado que los caudales de los ríos escandinavos (Shorthouse y Arnell, 1997) y británicos (Philips et al., 2003; Lavers et al., 2010) presentan correlaciones positivas y significativas estadísticamente con la NAO durante el invierno. Por el contrario, Rimbu et al. (2002) obtuvieron correlaciones negativas y significativas (r= - 0.75) entre la NAO y el río Danubio en Europa Central, mientras que Pekarova y Pekar (2004) mostraron correlaciones negativas, aunque moderadas en varias cuencas eslovacas. En la región Mediterránea, existen numerosos trabajos que muestran la relación opuesta entre la NAO y los caudales, pudiéndose encontrar múltiples ejemplos en Oriente Medio (Cullen y DeMenocal, 2000; Cullen et al., 2002) y Turquía (Karabörk et al., 2005; Kalayci y Kahya, 2006), dónde los niveles de los lagos han sido de igual modo relacionados con la NAO (Kücük et al., 2009). En la Península Ibérica la influencia de la NAO sobre los caudales también ha sido analizada en diferentes cuencas hidrológicas (López-Moreno et al, 2007; Trigo et al., 2004; Morán-Tejeda et al., 2011), obteniéndose correlaciones altas entre la NAO y los caudales, particularmente durante el invierno. No obstante, los trabajos anteriormente citados se centran en cuencas individuales, sin hacer uso de una escala de análisis más amplía y sin considerar la Península Ibérica en su totalidad. Ésta y otras incógnitas sobre la naturaleza de la relación y su variabilidad espaciotemporal se clarifican en el presente capítulo, ya que además, estudios recientes (Beranová y Huth, 2008; Vicente-Serrano y López-Moreno, 2008) han mostrado un comportamiento no estacionario en la influencia de la NAO sobre el clima europeo. Por otra parte, la amplitud del fenómeno unido a las graves afecciones sobre los caudales ha generado un gran interés Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAOCAPÍTULO5   ~91~  por el uso de la NAO para predecir la variabilidad de los caudales en la Península Ibérica y su aplicación para la planificación y gestión de los recursos hídricos (Trigo et al., 2004) 5.2. El índice NAO y la identificación de sus fases extremas. El signo y magnitud de la NAO se cuantifica mediante índices basados en series de presiones en diferentes puntos o en una rejilla de presiones o componentes principales. De entre los varios métodos existentes para calcular el índice NAO (Osborn et al., 1999; PozoVázquez et al., 2000) se ha seleccionado el procedimiento basado en los valores de presión normalizados en dos estaciones meteorológicas diferentes. En concreto, se ha utilizado el índice de la NAO desarrollado por Jones et al. (1997), quienes utilizaron para su cálculo las estaciones de Reykjavik y Gibraltar. La ventaja de este índice sobre otros es la mayor correlación entre las estaciones durante el invierno, siendo Gibraltar la más representativa del dipolo sur respecto a otras estaciones comúnmente usadas como Ponta Delgada y Lisboa (Osborn et al., 1999). La serie mensual del índice NAO ha sido desarrollada por la Climate Research Unit de la Universidad de West Anglia (Reino Unido) y obtenida en http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/nao/nao.dat. Para evaluar la influencia de la NAO de invierno en las descargas fluviales a lo largo del resto del año, se calculó un índice NAO invernal, promediando los índices de diciembre del año anterior y enero, febrero y marzo del año en curso. Esto permitió determinar la interacción entre la estación invernal, en la que la NAO está más activa (Castro-Díez et al., 2002; Muñoz-Díaz y Rodrigo., 2004; López-Moreno et al, 2007; Vicente-Serrano 2011b) y en la que, otros factores, entre los que se incluyen la regulación hidrológica y los procesos de fusión nival (Berga-Casafont, 2003; Arroyo-Ilera, 2007; Morán-Tejeda et al., 2011), condicionan la disponibilidad de caudales en los meses siguientes. El impacto de las fases extremas (positiva y negativa) de la NAO presenta especial interés dentro de este capítulo, pues estos episodios están asociados a eventos extremos en la Península Ibérica, tanto inundaciones como sequías: la persistente fase positiva de la NAO durante los primeros cinco años de la década de 1990 se ha asociado a una de las sequías más duraderas y severas del siglo pasado en el contexto peninsular. Por otra parte, durante el invierno de 2010, el invierno con la NAO negativa más extrema desde que se tienen registros, provocó lluvias torrenciales e inundaciones de manera casi constante durante toda el invierno en el sur peninsular (Vicente-Serrano et al., 2011b). CAPÍTULO5  Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAO  ~92~  La definición de eventos NAO extremos se basó en la distribución estadística de la serie invernal de la NAO: se consideraron eventos positivos (negativos) extremos de la NAO cuando los registros fueran más altos (bajos) que el promedio del índice NAO invernal de todo el periodo ± una desviación estándar. De esta forma, los inviernos de los años 1957, 1961, 1967, 1983, 1989, 1990, 1995 y 2000 se clasificaron como años de NAO positiva, y los años 1947, 1955, 1956, 1963, 1964, 1965, 1969, 1977, 1979 y 1996 como de NAO negativa. Por su parte, la significación de las diferencias entre las anomalías de caudal detectadas durante fases NAO positivas y negativas se obtuvo mediante el Test de Wilcoxon-Mann Whitney (Wilcoxon, 1945; Mann y Whitney, 1947). El test de WilcoxonMann Whitney es la versión no paramétrica de la prueba t de Student, y es utilizada para comprobar la heterogeneidad de dos muestras ordinales o contínuas. Las características funcionales del test lo hacen adecuado para esta tarea pues está basado en rangos y no necesita muestras distribuidas normalmente, como es el caso. Antes de usar el test, se hace necesaria la asunción de la independencia de las observaciones de ambos grupos. En este caso, las diferencias en las anomalías de caudal de ambos grupos son independientes, ya que están calculadas como la media de las anomalías registradas en diferentes años, meses y fases de la NAO. 5.3. Evaluación de la influencia de la NAO en el comportamiento de los ríos Ibéricos. La figura 5.1 muestra la distribución espacial de las correlaciones (r de Pearson) entre los Índices de Caudal Estandarizados (SSI; Vicente-Serrano et al., 2012) mensuales y el índice NAO de enero a diciembre en todas las estaciones de aforo para el periodo 19452005. Se observa un claro patrón espacio-temporal, con correlaciones negativas y significativas (r≈0.5) en la mayor parte de la Península Ibérica durante el invierno (diciembre a marzo), con leves diferencias espaciales entre los distintos meses. En diciembre, al comienzo de la estación invernal, sólo las cuencas pertenecientes a la vertiente Atlántica y determinadas cuencas pirenaicas presentan una influencia de la NAO. Sin embargo, durante Enero y Febrero buena parte de la Península muestra una correlación significativa entre los caudales y el índice de la NAO, mientras que en Marzo la correlación de algunas sub-cuencas del Tajo, Guadiana, Júcar y Segura se debilita. La intensa relación detectada en invierno desaparece rápidamente en primavera. Sin embargo, correlaciones positivas (en su mayoría no significativas) surgen esporádicamente de Abril a Julio en la parte oriental de la Península. Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAOCAPÍTULO5   ~93~  Figura5.1.Distribuciónespacialdelascorrelaciones(rdePearson)entreelíndiceNAOmensualylosíndicesdecaudal estandarizado(SSI)mensuales. CAPÍTULO5  Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAO  ~94~  En contraste con la súbita transición del invierno a la primavera, la que se produce del verano al otoño es gradual y se observan moderadas correlaciones negativas (R≈0.35) en las cuencas noroccidentales. En Octubre, la influencia de la NAO es evidente en las cuencas de la vertiente Atlántica y en cuencas pirenaicas, configurando una disimetría norte-sur similar a la observada en Marzo. Durante Noviembre el área bajo la influencia de la NAO decrece y se confina al sector sudoccidental de la Península. Al comienzo del invierno se produce una intensificación de la influencia de la NAO, produciendo un claro patrón oeste-este que emerge en Diciembre, con correlaciones significativas (negativas) en el oeste que se extienden hasta el cordón orográfico (Cordillera Cantábrica, Cordillera Ibérica y Sistemas Béticos) que divide la Península en las dos vertientes: Atlántica y Mediterránea. Esta configuración espacial refleja a grandes rasgos la señal derivada de la interacción entre la NAO y la precipitación durante el invierno, que es más intensa en las cuencas de la vertiente Atlántica. A continuación se investiga la influencia de la NAO sobre los caudales registrados en los meses siguientes, con el objetivo de evaluar las propiedades predictivas de la NAO en la generación de caudales. En la figura 5.2 se muestran las correlaciones entre el índice de la NAO de un mes dado y el SSI del mes siguiente en cada estación de aforo. Además, se investigó la existencia de mayores retardos entre la NAO y los caudales de los dos meses siguientes (no se muestran los resultados), pero en todos los casos las correlaciones decrecen a partir de un mes de retardo. Se obtuvieron correlaciones ligeramente más altas (r≈0.6) con respecto a las correlaciones mes a mes presentadas anteriormente durante el invierno (Diciembre a Febrero), aunque el número de estaciones correlacionadas significativamente con la NAO descendió en los sectores centrales y meridionales al comienzo del invierno. En primavera, la influencia de la NAO en los caudales del mes siguiente desaparece en la mayoría del área de estudio. La excepción es la cuenca del Duero, dónde se observaron correlaciones significativas incluso en Abril y Mayo. Ocasionalmente se detectaron correlaciones positivas no significativas durante el verano. La intensificación de la respuesta de los caudales a la NAO del mes anterior no se produce hasta Octubre y Noviembre, y se restringe a las cuencas del Duero y el Tajo. En Diciembre se observa un desplazamiento hacia el sur de la respuesta hidrológica, lo que resulta en una ampliación de la influencia de la NAO a lo largo de las cuencas meridionales de la vertiente Atlántica. Este fenómeno se produce antes del comienzo del invierno, cuando la NAO es más activa y, cuando de nuevo, la Península Ibérica se vuelve a encontrar completamente bajo la influencia de la misma. Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAOCAPÍTULO5   ~95~  Figura5.2.Distribuciónespacialdelascorrelaciones(rdePearson)entreelíndiceNAOmensualylosíndicesdecaudal estandarizado(SSI)delmessiguiente. CAPÍTULO5  Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAO  ~96~  Varios factores controlan el comportamiento de los caudales ibéricos, incluyendo la regulación y las estrategias de gestión, la fusión de nieve, los cambios en los usos del suelo, etc. Sin embargo, la precipitación juega un papel fundamental al explicar la variabilidad de las descargas fluviales, tanto en el tiempo como en el espacio. La correlación existente entre la NAO y la precipitación es negativa y significativa en los sectores occidentales y centrales de la Península (Ulbrich et al., 1999; Goodess y Jones, 2002; Trigo, 2008), mientras que desciende a lo largo de la costa Mediterránea (Martín-Vide y Fernández, 2001). Basándose en ese patrón de interacción entre la precipitación y la NAO, que coincide a grandes rasgos con los resultados mostrados en la primera sección de este capítulo, los impactos de la NAO en los recursos hídricos superficiales de la Península han sido analizados en diferentes cuencas y estudios: Morán-Tejeda et al. (2011) observaron anomalías de caudal negativas durante fases positivas de la NAO en invierno y viceversa. Resultados similares fueron obtenidos en la cuenca del Tajo durante fases NAO extremas (López-Moreno et al., 2007). Un estudio más amplío que incluía las tres de las grandes cuencas Atlánticas (Duero, Tajo y Guadiana) mostró resultados del mismo corte (Trigo et al., 2004), que muestran un alto grado de coherencia con los presentados en esta primera sección del capítulo. Se ha observado que la respuesta de los caudales ibéricos a la NAO no es homogénea, ni estacional ni espacialmente. Como se ha mencionado anteriormente, la precipitación es un factor fundamental para explicar la variabilidad de los caudales, y ya que la precipitación está altamente determinada por la NAO en invierno, es esperable que los factores geográficos que determinan la distribución espacial de la influencia de la NAO sobre la precipitación también afecte a los caudales. Los resultados obtenidos sugieren que la orografía determina ampliamente la distribución espacial de la influencia de la NAO sobre los caudales durante el invierno y el final del otoño. El avance en la Península Ibérica de las masas de aire del sudoeste asociadas a la NAO es facilitada por el gradual incremento altitudinal y las suaves pendientes de las cuencas bajas del Tajo, Guadiana y Guadalquivir. A pesar de que las masas de aire pierden humedad progresivamente a medida que cruzan la Península, éstas son forzadas al ascenso por las barreras topográficas que corresponden a la Cordillera Cantábrica, la Cordillera Ibérica y los Sistemas Béticos, que hacen que se descarguen las precipitaciones a barlovento. Eso hace que las vertientes a Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAOCAPÍTULO5   ~97~  sotavento de las cadenas montañosas (la vertiente Mediterránea) están menos influidas por la NAO que los sectores más occidentales de la Península en la vertiente Atlántica (Esteban-Parra et al., 1998). La orografía también explicaría por qué se han obtenido correlaciones significativas en las cuencas pirenaicas durante Octubre y Diciembre, mientras que en otras cuencas de la vertiente Mediterránea las correlaciones no son significativas: dada la orientación norte-sur de los valles pirenaicos, éstos constituyen corredores húmedos para el avance de las masas de aires procedentes del suroeste. (Esteban et al., 2003). El hecho de que se obtuvieran correlaciones ligeramente superiores al correlacionar las caudales mensuales con el índice NAO del mes anterior que con el índice NAO del mes en curso, posiblemente está relacionado con el retardo que presentan los procesos de infiltración y escorrentía en la acumulación de agua en los cursos principales de la red hidrográfica y a la retención de agua en presas (Morán-Tejeda et al., 2011). También se ha observado una abrupta transición temporal del invierno a la primavera y de verano al otoño en la relación entre el índice de la NAO y los caudales, que difiere de la obtenida considerando el retardo temporal de un mes. Este hecho puede explicarse en términos de gestión del agua y por fenómenos atmosféricos. El mejor ejemplo se observa en Abril y a principio del otoño. Durante el invierno y la primavera, las estrategias de gestión de los embalses se basan en almacenar agua, lo que repercute directamente en un descenso de los caudales de los ríos aguas abajo de las presas (López-Moreno, 2007). La relación entre la NAO y los caudales de Abril no es significativa considerando correlaciones mes a mes, mientras que considerando el retardo temporal de un mes, ésta es significativa en las cuencas del noroeste. Esta diferencia está determinada, probablemente, por el debilitamiento estacional de la NAO como resultado del cambio de posición de los centros de presión sobre el Atlántico (Kingston et al., 2006b), pero también como consecuencia de la retención de agua en las presas. Se observa un patrón para la transición entre el verano y el otoño: durante Octubre, el movimiento relativo de los centros de presión genera flujos desde el Atlántico, inicialmente en el noroeste (cuenca del Duero). A continuación tiene lugar un desplazamiento de los centros de presión hacia el sur, cubriendo el sector suroccidental durante Noviembre (Trigo et al., 2008) y alcanzando su máxima extensión en invierno. CAPÍTULO5  Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAO  ~98~  Las correlaciones positivas entre los caudales y la NAO en verano, principalmente significativas en Julio, están en consonancia con los resultados de Bladé et al., (2012), que encontraron correlaciones positivas y significativas entre la NAO y la precipitación durante Julio y Agosto en el sector central de la Península. Esta relación ocurre porque la fase positiva de la NAO de verano está asociada a condiciones frías, húmedas y nubosas en el sur de Europa y la región Mediterránea (Folland et al., 2008). 5.4. La persistente influencia de la NAO de invierno sobre los caudales durante el resto del año. En la figura 5.3 se muestra la distribución espacial de las correlaciones entre el promedio invernal del índice NAO (DEFM) y los caudales desde Marzo (último mes del invierno) hasta Noviembre (último mes antes del siguiente invierno) para cada estación de aforo. Existe una clara influencia de la NAO invernal sobre los caudales a lo largo de todo el año, particularmente en los cursos fluviales principales. Se observan elevadas correlaciones negativas a lo largo de toda la Península, a excepción de las costas Cantábrica y Mediterránea, durante Marzo y Abril. La influencia de la NAO invernal desciende aunque sigue siendo significativa (r≈0.35) durante la primavera y el verano, y se limita espacialmente a los cursos principales del Duero, Tajo, Guadiana y la cabecera del Júcar. El patrón se mantiene estable durante el otoño, aunque con algunas variaciones: la respuesta casi desaparece en la cuenca del Ebro (especialmente en los ríos pirenaicos), mientras que las cabeceras del Tajo, Júcar y Guadiana experimentan un incremento de su sensibilidad a la NAO. Dado que las estrategias de gestión de los recursos hídricos en nuestro ámbito se basan en la existencia de un gran número de presas, que regulan la mayoría de las cuencas peninsulares, es de esperar que aquellas influyan en la respuesta multi-temporal acumulada que presentan los caudales ante la NAO y la precipitación. El agua es almacenada en embalses durante el invierno y la primavera para satisfacer la demanda durante el verano, lo que reduce las caudales aguas abajo de las presas durante la estación húmeda, explicando a su vez la estrecha relación de los caudales de verano y otoño con la NAO del invierno anterior, especialmente en aquellas cuencas con mayor capacidad de Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAOCAPÍTULO5   ~105~  únicamente durante fases negativas. Este patrón está ligado a todas las cuencas de la vertiente Atlántica y revela nuevamente la importancia del efecto de sombra que producen las cadenas montañosas que dividen la Península en dos vertientes (Atlántica y Mediterránea), bloqueando el avance de los flujos húmedos atlánticos. El tercer patrón no muestra una clara estacionalidad en la distribución de las anomalías pero presenta una distribución espacial bien definida, que puede estar relacionada con la mayor o menor influencia de patrones de circulación atmosférica de componente norte. 5.6. Cambios temporales en la respuesta de las caudales a la NAO. Con el objetivo de investigar la evolución de la influencia de la NAO sobre los caudales, se realizó un test de correlación mediante ventanas móviles de 21 años entre el índice de la NAO de invierno y el Índice de Caudal Estandarizado de Marzo de cada estación de aforo. La elección del mes de Marzo para llevar a cabo este análisis se fundamenta en la existencia de un patrón espacial uniforme en la distribución de las correlaciones entre los caudales de este mes y la NAO (figuras 5.1, 5.2 y 5.3) y por ser capaz capaz de resumir mejor el impacto de la NAO de invierno sobre los caudales, pues recoge la variabilidad introducida por ésta en meses anteriores. Un Análisis de Componentes Principales en modo S (dónde las estaciones de aforo son las variables y las series de correlaciones móviles los casos) fue empleado, de nuevo, para resumir la evolución temporal de la influencia de la NAO sobre los caudales a partir de series de correlaciones móviles entre el índice NAO y la serie de caudal en cada estación de aforo. La figura 5.6 muestra la evolución temporal de las puntuaciones de los tres primeros componentes principales (izquierda) y las cargas factoriales de las series de correlaciones mediante ventanas móviles (derecha). El primer componente principal explica aproximadamente el 28% de la varianza. Se caracteriza por una baja influencia de la NAO sobre los caudales durante las décadas de 1950, 1960 y 1970, y un aumento de la respuesta a partir de la década 1980. Las sub-cuencas que se ajustan a este patrón son las Cantábricas, la del río Mondego, gran parte del curso principal del río Duero, los afluentes de la cuenca media y alta del río Tajo y del Guadalquivir, la mayor parte de la cuenca del Júcar y de las cuencas Andaluzas, así como algunos ríos pirenaicos. CAPÍTULO5  Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAO  ~106~  Figura5. 6 .Izquierda:puntuacionesdelostresPrimerosComponentesPrincipalesextraídosdelasseriesdecorrelación móvil(21años)entreelíndiceNAOinvernalyelSSIdeMarzo.Derecha:distribuciónespacialdelascargasfactorialesde cadaunadelasestacionesdeaforoconcadaunodelostresComponentes. Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAOCAPÍTULO5   ~107~  El segundo componente principal explica el 23.8% de la varianza, y se caracteriza por una fuerte influencia de la NAO durante la década de 1960 y una estabilización de la respuesta en años recientes. Las cuencas representadas por este modo de variabilidad incluyen a afluentes de la margen derecha del Duero, el curso principal del Tajo, gran parte de la alta cuenca del Ebro, así como el río Segre y sus afluentes. El tercer componente principal acumula el 16.7% de la varianza explicada; presenta una baja respuesta de los caudales a la NAO durante las décadas de 1950 y 1960, un aumento de la misma durante la década de 1970 y un descenso de la influencia hasta la actualidad. Las sub-cuencas que se ajustan a este patrón son las cabeceras del Duero, Tajo y Ebro, el curso principal del río Guadiana y la cuenca baja del río Guadalquivir. Estos resultados muestran que, en general, la sensibilidad de los caudales fluviales respecto a la NAO ha sido muy variable en el tiempo y que la no estacionaridad es el patrón general entre 1945 y 2005. Este análisis ha revelado tres patrones principales en la evolución del impacto de la NAO sobre los caudales ibéricos en los últimos sesenta años. El primero de ellos implica un aumento del impacto de la NAO desde la década de 1980 en gran parte de la Península Ibérica, si bien éste es más pronunciado en el sector noroccidental. Estos resultados son similares a los de Vicente-Serrano y López-Moreno (2008), que destacaron un aumento de la magnitud de las correlaciones negativas entre la NAO y la precipitación en el sur de Europa a lo largo de la segunda mitad del siglo XX, lo que está estrechamente ligado a cambios en la posición de los centros de presión característicos de la NAO. El segundo patrón se refiere a un descenso de las correlaciones entre la NAO y los caudales en determinadas sub-cuencas del Duero, Tajo y Ebro. Estas cuencas han sido objeto de un vasto proceso de regulación hidrológica destinado a mitigar los impactos negativos de la escasez de precipitaciones y satisfacer la demanda del regadío existente. Este aumento de la capacidad de embalse explicaría el descenso de la sensibilidad de los caudales a la variabilidad de la NAO durante las últimas décadas. El descenso de la influencia de la NAO sobre los caudales en las cuencas representadas por el tercer componente principal desde la década de 1980 podría estar también relacionado con el aumento de la capacidad reguladora en los cursos fluviales desde los ochenta. CAPÍTULO5  Relacionesentrecirculaciónatmosféricaycomportamientohidrológico:laNAO  ~108~  5.7. Recapitulación. El estudio llevado a cabo en este quinto capítulo evidencia una respuesta significativa de los caudales ibéricos a la variabilidad de la NAO. Se ha observado un impacto claro de la influencia de este modo de circulación atmosférica en las aportaciones de los ríos de toda la Península durante el invierno, y también en otoño en la vertiente Atlántica. Los efectos son mayores al considerar las condiciones sinópticas del mes previo, derivados de la retención de las aportaciones fluviales en presas y a procesos hidrológicos inherentes a las cuencas. También se ha destacado la persistencia del impacto de la NAO invernal sobre los caudales del conjunto de la Península durante el resto del año y como la influencia es más duradera en las cuencas con mayor capacidad de embalsado. Los resultados han mostrado el efecto generalizado de la NAO durante todo el año en toda la Península, mientras que las condiciones de la NAO durante el invierno (las de mayor intensidad y trascendencia) afectan, fundamentalmente, a la vertiente Atlántica. La dependencia de los caudales ibéricos a la NAO ha sido demostrada, especialmente, en invierno (Trigo et al., 2004). También se ha observado un patrón no estacionario del impacto de la NAO sobre los caudales, poniendo de manifiesto la incertidumbre asociada a esta interacción, que puede verse incrementada de cumplirse las predicciones de los modelos de cambio climático. La evolución mostrada por los modelos sugiere que el mantenimiento de los caudales, el abastecimiento de agua a largo plazo para el regadío y otras actividades muestra una elevada incertidumbre (Rodriguez-Puebla y Nieto, 2010). Las proyecciones aportadas por los modelos para el siglo XXI indican una tendencia positiva de la NAO, y, por tanto, una tendencia descendente de la precipitación en nuestro ámbito geográfico. Además, los escenarios aportados por los modelos muestran correlaciones estables entre la NAO y la precipitación en el sur de Europa durante el siglo XXI (Vicente-Serrano y López-Moreno, 2008). Si estas predicciones se cumplen, las prácticas de gestión hídrica y la intensa regulación llevada a cabo pueden resultar insuficientes para adaptarse a la influencia de la NAO sobre los caudales de la Península Ibérica, pues el periodo de mayor recarga de los embalses en gran parte de la Península corresponde al invierno, estación en la que la influencia climática de la NAO resulta más trascendente para explicar la disponibilidad de caudales.   Capítulo6 Patronesespaciotemporales delassequíashidrológicas   Enestecapítuloseanalizalavariabilidadespaciotemporalde lassequíashidrológicasenlas187estacionesdeaforodelasque sedisponededatos.Enunaprimerafaseserealizauna regionalizaciónbasadaenlaevolucióndelasseriesdelosÍndices deCaudalEstandarizado(SSI).Posteriormenteseidentifican, medianteelusodeumbrales,losepisodiosdesequíaregistrados encadaunadelasregioneshidrológicasdelimitadas,para posteriormenteanalizarlas3característicasbásicasque diferencianalosdistintostiposdesequía(duración,magnitudy áreaafectada)ysuvariabilidadtemporalduranteelperiodode estudio.    CAPÍTULO6  Patronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicas  ~110~  PatronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicasCAPÍTULO6   ~111~  n el capítulo introductorio de la tesis se aportaron diferentes definiciones del concepto de sequía, que no hacen sino poner en evidencia la propia complejidad del fenómeno y las dificultades que ha supuesto la delimitación espacio-temporal del mismo y el análisis de sus impactos. Dependiendo de la escala temporal y el sistema afectado, las sequías se clasifican en 4 categorías conceptuales (meteorológicas, agrícolas, hidrológicas y socioeconómicas). Este capítulo se ocupa del análisis de las sequías hidrológicas en la Península Ibérica entendidas como déficits de caudal. El estudio no incluye otros sistemas hidrológicos superficiales o sub-superficiales, como niveles de embalses, lagos y acuíferos. Las sequías hidrológicas se definen como un descenso en la disponibilidad de agua en todas sus formas dentro de la fase terrestre del ciclo hidrológico; entre ellas, las descargas fluviales integran la variable más significativa en términos de cantidad. La alta dependencia de distintas actividades económicas, como la producción hidroeléctrica o el regadío, ecosistemas asociados a los cursos fluviales y los abastecimientos de agua, se ha traducido en los años recientes en un aumento de las investigaciones sobre esta tipo de sequía, que ocurre cuando se registran caudales bajos (Tallaksen et al., 2009). El caudal de un río constituye la respuesta integrada a las entradas en el sistema (precipitación), pérdidas de humedad por evapotranspiración, procesos de recargadescarga de acuíferos, procesos de embalsado, trasvases de agua y otras modificaciones antrópicas (Fleig et al., 2011; López-Moreno et al., 2011). Diferentes estudios han mostrado que la respuesta de los caudales de los ríos a los déficits de precipitación precedentes resulta muy variable y depende, principalmente, de las características fisiográficas de las propias cuencas de drenaje (permeabilidad, topografía, usos del suelo y cubierta vegetal), las condiciones climáticas (precipitación y evapotranspiración), y la regulación hidrológica (Post y Jakeman, 1996; López-Moreno et al., 2011). La complejidad de las interacciones entre estos factores determina notables diferencias entre la cantidad de precipitación registrada y el estado de los sistemas hidrológicos superficiales y subterráneos, ya que al interactuar de múltiples maneras dentro de una misma cuenca, CAPÍTULO6  Patronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicas  ~112~  introducen retardos e inercias temporales entre el descenso de precipitación y cuando éste se hace evidente en otros componentes del ciclo hidrológico (Wilhite y Glantz, 2005). Por ejemplo, las sequías hidrológicas más severas no siempre ocurren en las áreas con una precipitación efectiva menor; al contrario, normalmente dependen de la demanda de agua, las estrategias de gestión, los distintos tipos de cubierta y las condiciones meteorológicas en cabecera (EEA, 2001). Dado que el agua permanece menos tiempo en los sectores altos de la cuenca en sistemas no regulados o ligeramente modificados que en los tramos medios y bajos, la intensidad de la sequía varía a menudo en función del tiempo y la localización topográfica dentro de una misma cuenca (Mudelsee, 2007; Pandey et al., 2009). La evaluación y caracterización de las sequías hidrológicas históricas resulta esencial para la gestión hídrica (Tallaksen y Van Lanen, 2004; Mishra y Singh, 2010), y la aplicación de la información derivada de estos estudios en el diseño de planes de gestión más eficaces puede reducir significativamente las impactos derivados de los episodios de sequía (Quiroga et al., 2011). El consenso científico sobre la necesidad de profundizar en el conocimiento de las sequías fluviales (Wilhite et al., 2007) ha motivado la generalización de este tipo de estudios en Europa (Tallaksen et al., 1997; Hisdal et al., 2001; Stahl, 2001; Gudmundsson et al., 2011), desarrollando un marco metodológico relativamente homogéneo en relación a su definición y caracterización. Los métodos basados en umbrales aplicados a series diarias, mensuales y anuales han sido ampliamente utilizados para la definición de eventos de sequía hidrológica (Yevjevich, 1967; Dracup et al., 1980; Tallaksen et al., 1997; Fleig et al., 2006; Timilsena et al., 2007), fijando umbrales determinados para inferir las tres características clave en que unas sequías se diferencian de otras: duración, magnitud y extensión espacial (Dracup et al., 1980; Tallaksen et al., 2009). Este enfoque, basado en las tres características mencionadas, permite la definición de regiones con un comportamiento homogéneo en lo referente a las sequías fluviales (Stahl y Demuth, 1999; Fleig et al., 2011), y genera información aprovechable por los gestores sobre las diferentes respuestas de cuencas concretas. La cada vez más recurrente sucesión de episodios de sequía en nuestra región repercute en una mayor vulnerabilidad de la sociedad ante este fenómeno natural (Quiroga et al., 2011), y hace necesaria la profundización en su conocimiento como herramienta para la implementación de estrategias de gestión efectivas y sostenibles en la Península Ibérica. PatronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicasCAPÍTULO6   ~113~  Figura6.1.Esquemadeladefiniciónycaracterizacióndelosepisodiosdesequía. 6.1. Definición y caracterización de los episodios de sequía. Con el objetivo de definir los eventos de sequía ocurridos en las diferentes cuencas de la Península entre 1945 y 2005 se determinaron dos umbrales invariables en tiempo y espacio, dado que las series de caudal, convertidas a valores estandarizados mediante el SSI, resultan comparables espacio-temporalmente. Los umbrales se fijaron en el 20% de probabilidad para definir eventos de sequía moderada (Percentil 20, P20), que corresponde a un valor del SSI de -0.84, y en el 5% para definir episodios de sequía extrema (Percentil 5, P5), que corresponde a un valor del SSI de -1.65, dada la naturaleza estandarizada de la variable. La selección de los umbrales continua siendo una cuestión subjetiva, si bien ésta fue realizada siguiendo las recomendaciones de los trabajos más recientes publicados sobre esta temática en el caso del umbral de sequía ordinaria (Tallaksen et al., 1997; Fleig et al., 2006; van Loon et al., 2010), a pesar de que estos autores utilizaron el Percentil 30 para delimitar los episodios de sequía en el contexto espacial europeo. En este trabajo, y dada la diferente naturaleza de los regímenes hidrológicos ibéricos (muchos de ellos caracterizados por un elevado estiaje), se utilizó el Percentil 20, con el fin de evitar realizar una sobreestimación de los episodios secos registrados. Por tanto, cuando el caudal de un mes cae por debajo de este valor se considera un episodio de sequía. Este umbral, junto con el CAPÍTULO6  Patronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicas  ~114~  análisis de rachas propuesto por Yevjevich (1967) permitió la caracterización de cada episodio usando los siguientes parámetros (Figura 6.1): 1. Duración de la sequía: La duración (dn) de un evento de sequía dado (en) se define como el número de secuencias temporales consecutivas e ininterrumpidas (uno o más meses) con un caudal estandarizado (SSI) inferior a P20 en una estación de aforo concreta. 2. Magnitud de la sequía: El déficit de volumen acumulado (vn) se define como la suma de los déficits de volumen generados durante una secuencia ininterrumpida de meses (dn) que delimitan un evento de sequía (en) expresado como déficits acumulados en unidades estandarizadas. 3. Área afectada por la sequía: Para estimar el área bajo condiciones de sequía hidrológica se delimitaron las cuencas que drenan a cada estación de aforo. El área afectada de aquellos ríos con más de una sub-cuenca delimitada se refiere únicamente a los sectores de cuenca intermedios entre dos estaciones de aforo en el mismo curso fluvial, no a la cuenca completa desde la estación de aforo hasta la cabecera. A continuación se empleó una función condicional para determinar la ocurrencia de sequías y su tipo (SSI > 0.84 (P20) = ausencia de sequía; -1.65 < SSI < -0.84 = sequía moderada; SSI <- 1.65 (Percentil 5; P5) = sequía extrema). Para computar las áreas que drenan a una estación de aforo concreta con condiciones de sequía se evaluó, de acuerdo con la función sobre estas líneas, el valor del SSI en cada estación. De esta manera se estimó el área de drenaje que contribuye a la ocurrencia de sequías registradas en localizaciones puntuales (estaciones de aforo). 6.2. Regionalización hidrológica peninsular. Para caracterizar los patrones regionales de la evolución de las sequías en toda la Península Ibérica se realizó una regionalización previa, basada en la evolución individual de las series de SSI en cada estación de aforo. El amplio periodo de tiempo analizado y el gran número de series de caudal disponibles permiten, y a la vez aconsejan, el uso de este enfoque, dirigido a obtener patrones generales. Estudios previos han empleado el Análisis PatronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicasCAPÍTULO6   ~121~  Figura6.4.Alaizquierda:DistribuciónespacialdelascargasfactorialesdelosprimerosComponentesPrincipales(delsexto aldécimo );  y aladerecha:evolucióntem p oraldelas p untuacionesdelosmismos. CAPÍTULO6  Patronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicas  ~122~  Paradójicamente, entre 1990 y 1995, mientras la mayoría de la Península sufría los efectos de una persistente e intensa sequía, esta región experimentó una fase de descargas moderadas a la que siguió otra fase seca que duró hasta el final del periodo de estudio. El noveno patrón se caracteriza por una baja frecuencia temporal entre la alternancia de periodos húmedos y secos. Los episodios de sequía aparecen durante todo el periodo de estudio, pero entre ellos destacan dos: 1965 a 1968 y 1999 a 2004. Este componente representa la evolución de las cuencas internas de Cataluña, especialmente la del río Fluviá. El décimo y último componente representa las cabeceras del río Tajo y del Júcar, y muestra una baja frecuencia en la sucesión de periodos secos y húmedos. Las mayores sequías se registran de 1959 a 1964 y desde 1996 a 2005. Los patrones generales que se han mostrado respecto a la evolución y ocurrencia de sequías fluviales (siendo las décadas más secas las de 1950, 1980, 1990 y 2000) son consistentes con resultados de Bordi et al. (2009) y Vicente-Serrano (2006) relativos a las sequías climáticas en Europa y la Península Ibérica respectivamente, que muestran condiciones de mayor frecuencia de sequías climáticas durante las décadas de 1950, 1980, 1990 y 2000. Estos resultados también son coherentes con los mostrados por Hannaford et al. (2011), quienes incluyeron varias cuencas del norte peninsular en un reciente estudio a escala continental, y con las tendencias generalizadas de descenso de los caudales mostradas en el capítulo 4 (Lorenzo-Lacruz et al., 2012). Estos patrones de evolución general tan dispar y los distintos tipos de sequía fluvial de las 10 regiones hidrológicas delimitadas están causadas, o al menos condicionadas por las diferentes características, tanto climáticas como fisiográficas y de regulación de las mismas. En la siguiente sección se discute sobre los posibles factores causantes de esta configuración y la agrupación espacial obtenida en base a la ocurrencia y características de las sequías, siendo también éstas últimas analizadas a continuación de forma pormenorizada. 6.4. Características de las sequías. A continuación se muestran las distintas tipologías de sequía agrupadas según las características (duración y magnitud) extraídas de cada uno de los episodios secos identificados mediante el método de umbrales. La figura 6.5 muestra las frecuencias acumuladas de las series de duración y magnitud de los eventos de sequía moderada (P20) PatronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicasCAPÍTULO6   ~123~  Figura6.5.Duración(enmeses)delosepisodiosdesequíaordenadosdelmáscortoalmáslargo(izquierda).Magnitud(en dé f icitsdeSSIacumulados ) delose p isodiosdese q uíaordenadosdemenorama y or ( derecha ) . registrados en cada región. En el gráfico se encuentran ordenadas de la más corta a la más larga en el caso de la duración, y de menor déficit acumulado a mayor déficit acumulado en el caso de la magnitud. Como cabía esperar, encontramos marcadas diferencias entre las distintas regiones. Con respecto a estas dos características, resultan evidentes tres tipologías principales de regiones hidrológicas. El primero, integrado únicamente por el PC1, muestra pocos episodios de sequía (alrededor de 40) aunque éstos se caracterizaron por una larga duración y gran magnitud en los déficits. La ocurrencia de 7 episodios que superan el año de duración, y dos sequías excepcionales con 5 años de duración, confirman que la región delimitada por el primer componente sufre sequías muy prolongadas en el tiempo y registra amplios déficits acumulados. El segundo grupo está compuesto por el segundo, quinto, séptimo, octavo, noveno y décimo componente. Todos ellos experimentaron un moderado número de episodios secos (entre 70 y 100), con duraciones máximas de entre 25 y 30 meses. Lógicamente, la magnitud de los eventos de sequía está estrechamente relacionada con la duración de los eventos, por lo que si tenemos en cuenta los déficits acumulados la clasificación es prácticamente igual que en el caso de la duración. Por su parte, el tercer grupo está integrado por las regiones representadas por el tercer, cuarto y sexto componentes. Todas ellas muestran más de 100 episodios secos en los 61 años de análisis, aunque ninguno de ellos excedió los 20 meses de duración. Ello explica que la magnitud de las sequías y los déficits de caudal generados fueran notablemente inferiores al resto de regiones. CAPÍTULO6  Patronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicas  ~124~  En general, la duración de las sequías está inversamente relacionada con el número de eventos registrados. Sin embargo, se observa un progresivo incremento en la duración de las sequías fluviales desde la década de 1970. Estos resultados sugieren que los episodios de precipitación que siguen a las sequías no han sido capaces de generar los excedentes necesarios para restaurar las condiciones hidrológicas presentes antes de la ocurrencia del periodo seco, lo que está, en general ligado al desarrollo del regadío y el aumento de la demanda para el abastecimiento. El comportamiento de las sequías en la región delimitada por el PC1, caracterizadas por ser severas y muy persistentes, puede deberse a varios factores. La precipitación en esta región hidrológica está fuertemente asociada a la Circulación del Oeste y a la Oscilación del Atlántico Norte, que tiene una gran influencia sobre los caudales de otoño e invierno (López-Moreno et al., 2007). Igualmente, la litología permeable de las cabeceras de las cuencas de esta región favorece la recarga de los sistemas subterráneos, lo que unido a la regulación supra-anual de los embalses, genera grandes inercias temporales en la respuesta de los ríos a los déficits de precipitación. La relación entre el PC1 y la precipitación en el sector meridional de la cordillera Ibérica lo ejemplifica: la respuesta más intensa de sus ríos ante los déficits de precipitación acumulados se registra dos años después de que la sequía climática se produzca (r = 0.76, entre las puntuaciones del componente y el Índice de Sequía Estandarizado a la escala temporal de 25 meses). La dependencia de los caudales de los ríos a las condiciones climáticas de varios años causa sequías de larga duración en esta región, y surge como un fenómeno cuya importancia puede ser fundamental dada la amplia extensión espacial del patrón. El nudo orográfico que configura el sur de la Cordillera Ibérica es una zona crítica para la gestión del agua en la Península Ibérica. Esta región constituye la divisoria entre las cuencas del Ebro, y las cabeceras de las cuencas del Tajo y el Júcar, y actúa distribuyendo las aguas a zonas muy amplias de ambas vertientes, condicionando así la respuesta a las sequías en los cursos medios y bajos de las cuencas representadas por este patrón (más de un 40% del área de estudio), y a su vez, determina la cantidad de agua que puede ser trasvasada a las cuencas del Segura y el Guadiana desde la cabecera del Tajo. Dada su relevancia, en los dos capítulos siguientes se evalúa de forma más exhaustiva las diferentes inercias y respuestas retardadas en las sequías hidrológicas de los sistemas hidrológicos peninsulares respecto a las sequías climáticas, y el papel que juega la regulación, especialmente en las zonas más críticas respecto a la disponibilidad de recursos hídricos. PatronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicasCAPÍTULO6   ~125~  Las características de las sequías fluviales de la región delimitada por el segundo componente estarían asociadas a la influencia del Atlántico, que es la fuente principal de las masas de aire que generan precipitaciones en la zona, y de las elevadas altitudes propias de la sub-Meseta Norte, que determinan los regímenes nivo-pluviales de la región (Morán-Tejeda et al., 2011). La observación de cada vez menos episodios de sequía (principalmente en la cuenca del Duero) está estrechamente ligada a las estrategias de gestión, que suavizan el estiaje de los ríos, y coinciden con algunas de las tendencias positivas detectadas en el capítulo 4. Las cuencas que engloba el tercer patrón, intercaladas con aquellas representadas por la región del PC2, presentan un nivel muy bajo de regulación (ver Figura 6.1) y en consecuencia, la señal climática debería ser de gran importancia para definir su comportamiento hidrológico. Cabe destacar la correlación negativa y significativa (r=-0.35, α<0.01) que se encontró entre las puntuaciones del tercer componente en invierno y el índice NAO invernal en el noroeste. La región definida por el cuarto componente está delimitada por la orografía de la cordillera Cantábrica, los Pirineos y la cordillera Ibérica, que canaliza las masas húmedas de componente norte hacia el Valle del Ebro. Estas masas de aire descargan precipitaciones y generan caudales en las cuencas Cantábricas y la del Ebro, especialmente en cabecera y en las cuencas de los Pirineos occidentales. Éstos últimos sistemas son los dos mayores contribuyentes al caudal del río Ebro (Batalla et al., 2004), y consecuentemente, determinan la ocurrencia de sequías aguas abajo, en el curso medio y bajo del Ebro. De acuerdo con Martín-Vide y López-Bustins (2006), la fase positiva de la Oscilación del Mediterráneo Occidental (WeMO) determina la ocurrencia de precipitación en las zonas adyacentes al Golfo de Vizcaya, lo que se refleja en la significativa correlación positiva (r=0.52, α<0.01) obtenida entre las puntuaciones del cuarto componente en invierno y el índice WeMO invernal. Dentro de la cuenca del Ebro encontramos la región hidrológica representada por el quinto componente, que se corresponde con las cuencas montañosas del Pirineo Central. La fusión nival juega un papel fundamental en esta zona y causa un retardo en la respuesta de los caudales a las condiciones climáticas (entre 2 y 10 meses, dependiendo del nivel de regulación; Vicente-Serrano y López-Moreno, 2005). La evolución de las sequías hidrológicas en la región representada por el sexto componente puede estar determinada por las características de las cuencas. En general, predominan cuencas con reducidas áreas de drenaje y bajas altitudes. Estos factores CAPÍTULO6  Patronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicas  ~126~  producirían episodios de sequía cortos, pero muy frecuentes como fruto del régimen efímero que define estos ríos, más propio de ramblas mediterráneas que de ríos propiamente dichos, y que está asociado a unos caudales moderadamente altos durante la estación húmeda, mientras que fluyen prácticamente secos durante el resto del año (Liquete et al., 2005). La reducción en frecuencia de los eventos de sequía en el sector septentrional de la Cuenca del Segura (PC7) refleja la dependencia que tiene este área del agua transferida desde la cabecera del Tajo (331hm³ al año de media desde 1979) para riego y el abastecimiento urbano. La dependencia se hace patente al relacionar las puntuaciones factoriales del séptimo componente (5 sub-cuencas) y una serie estandarizada del caudal transferido desde la cuenca del Tajo y obtener una alta correlación significativa (r=0.66). Sin embargo, desde que comenzó el trasvase, se ha establecido una relación inversa en el comportamiento hidrológico entre los sectores norte (PC7, con tendencia positiva) y sur (PC8, con tendencia negativa) de la cuenca del Segura, consecuencia directa de la sobreexplotación de los recursos hídricos superficiales y subterráneos que ha generado el agotamiento de acuíferos y el incremento de los episodios de sequía en las áreas representadas por el octavo componente (Gil-Olcina, 2000; Custodio, 2002). 6.5. Cambios en la magnitud y duración de las sequías. En esta sección se comparan las características de las sequías hidrológicas (duración y magnitud) en dos periodos de análisis distintos con el objetivo de analizar los cambios producidos en las distintas regiones, y comprobar si se ha registrado un aumento en el número de eventos, los déficits acumulados y la duración de los mismos en la segunda mitad del periodo de estudio. La figura 6.6 resume las características (duración y magnitud) de las sequías identificadas en cada componente en dos periodos distintos: 19451974 y 1975-2005. En el caso del primer componente ha habido un claro incremento del número de eventos de sequía durante el segundo periodo (n=27) con respecto al primero (n=21). Tanto la duración como la magnitud también se han incrementado considerablemente durante el segundo periodo, hasta alcanzar una duración media de 10 meses y un déficit medio de 15 unidades estandarizadas, con una duración máxima que se incrementó de 15 a 66 meses. PatronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicasCAPÍTULO6   ~127~  Figura6. 6 .Duraciónydéficitsacumuladosdelassequíasendosperiodosdiferentes(1945‐1974y1975‐2005)para cadaunodelosdiezComponentesPrincipalesseleccionados.Lostriángulosyloscírculosrepresentanladuraciónyla magnitudmediaparacadaunosdelosdosperiodos.Laslíneasgruesasindicanlospercentiles10y90,mientrasquelas líneasfinasindicanlasduracionesymagnitudesmínimasymáximas. CAPÍTULO6  Patronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicas  ~128~  El segundo componente registró un ligero incremento del número de episodios entre 1975 y 2005; sin embargo en ese mismo periodo la duración y magnitud media de las sequías descendió. Los patrones que muestran el tercer, cuarto, quinto y sexto componentes son muy similares: todos ellos muestran un moderado incremento de la duración y magnitud media de los eventos de sequía en la segunda parte del periodo analizado. Sin embargo, a excepción del quinto componente, tanto las duraciones máximas como las magnitudes máximas aumentaron entre 1975 y 2005. En el caso del séptimo componente se registró un aumento del número de episodios de sequía, a pesar de que se observó un sustancial descenso en la duración y magnitud media durante el segundo periodo. El patrón observado para el octavo componente es muy similar en los dos periodos en cuanto al número de episodios registrados. A pesar de ello, tanto la duración como el máximo déficit acumulado aumentaron considerablemente durante la segunda parte del periodo de estudio. El noveno componente experimentó un ligero descenso de la duración y magnitud medias desde 1975; por el contrario, tanto la duración máxima como el máximo déficit acumulado se incrementaron. El décimo patrón muestra unas características similares entre los dos periodos, sin embargo, la duración y magnitud máximas descendieron moderadamente en la segunda parte del periodo de estudio. 6.6. Extensión y propagación espacial de las sequías La evolución temporal del porcentaje de las áreas afectadas por una sequía moderada (SSI<-0.84) y extrema (SSI<-1.65) durante el periodo de estudio se muestra en la figura 6.7, observándose tres etapas principales en su evolución. La primera, durante las décadas de 1940 y 1950, fue un periodo donde el área afectada por las sequías a menudo superaba el 40% de la Península. Adicionalmente, alrededor del 25% de las sub-cuencas analizadas sufrieron condiciones de sequía extrema durante los eventos de 1945, 1949, 1950 y 1954. En la segunda etapa, que comprende las décadas de 1960 y 1970, el área afectada por sequías moderadas fue inferior (habitualmente por debajo del 20%). La ocurrencia de los eventos secos de 1965 y 1976, cuando el área afectada superó el 40% del total peninsular, fue la excepción. La tercera etapa fue la más larga y se extendió desde 1980 a 2005. Durante esta fase temporal el área afectada por sequías hidrológicas superó habitualmente el 50% de la Península; además se registraron picos por encima del 70% en 1981, 1992, 1993, 1995 y 2000. El área afectada por sequías extremas durante esta etapa PatronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicasCAPÍTULO6   ~129~  Figura6.7.Evolucióntemporaldeláreaafectadaporsequías.LalíneagrisindicavaloresdeSSIpordebajode‐0.84(P20, sequíamoderada),ylalínearojavaloresdeSSIpordebajode‐1.65(P5,sequíaextrema). siguió un patrón similar al de la primera; se registraron valores por encima del 30% del área total bajo condiciones de sequía extrema en 1992, 1993, 1995 y 2000. La evolución temporal de las áreas bajo condiciones de sequía moderada y sequía extrema sigue un patrón similar. Sin embargo, las pendientes de las rectas muestran un comportamiento estacionario en términos de porcentaje del área afectada en el caso de la sequía extrema, mientras que el área ocupada por sequías moderadas muestra un incremento durante el periodo analizado, particularmente en los últimos años. Así pues, el análisis realizado resalta la gran complejidad espacial de las sequías fluviales en la Península Ibérica. De hecho, los episodios de sequía individuales pueden tener patrones muy diferentes en su génesis, intensidad, propagación espacial y área afectada. Las figuras 6.8 y 6.9 ilustran esta complejidad mediante dos ejemplos en los que se muestra la diferente evolución espacio-temporal de las áreas afectadas por dos eventos de sequía concretos. En la figura 6.8 se presenta la extensión espacial del episodio seco que tuvo lugar durante 1948 y 1949. El origen de esta sequía se produjo en Abril de 1948 en el sector septentrional de la Península y en la cabecera del Guadalquivir. Dos meses más tarde, se registraban condiciones de sequía hidrológica en las cabeceras del Ebro y el Guadalquivir. En Agosto de 1948 las condiciones secas se habían extendido por la mayor parte de las cuencas del Ebro y del Júcar, y en sub-cuencas concretas del Duero, Tajo y Guadiana. En los meses siguientes (de Octubre de 1948 a Abril de 1949) el desarrollo de este episodio se caracterizó por el establecimiento de condiciones de sequía extrema en la CAPÍTULO6  Patronesespaciotemporalesdelassequíashidrológicas  ~130~  Figura6. 8 .Extensiónespacialypropagacióndelasáreasafectadasporsequíamoderadaysequíaextremaduranteel episodiode1948y1949. mayor parte de la Cuenca del Ebro. Ésta se extendió también por el sector oeste de la Península, afectando seriamente a las cuencas del Duero, Tajo y Guadiana entre Febrero y Junio de 1949. Tras alcanzar un segundo pico de máxima extensión en Agosto de 1949, la sequía se debilitó durante el otoño, y en Diciembre de 1949 su influencia había desaparecido prácticamente. BIBLIOGRAFIA   ~233~  Lasanta, T., Vicente-Serrano, S.M., Cuadrat-Prats, J.M., (2005): Mountain Mediterranean landscape evolution caused by the abandonment of traditional primary activities: a study of the Spanish Central Pyrenees, Applied Geography 25, 47-65. Lasanta, T., Arnáez, J., Errea, M.P., Ortigosa, L., Ruiz-Flaño, P., (2009): Mountain pastures, environmental degradation and landscape remediation, the example of a Mediterranean Policy initiative. Applied Geography 29, 308–319 Lavers, D., Prudhome, C., Hannah, D.M. (2010): Large-scale climatic influences on precipitation and discharge for a British river basin, Hydrological Processes, DOI: 10.1002/hyp.7668. 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