Evaluación del impacto del cambio climático sobre una cuenca hidrológica en régimen natural (SE, España) usando un modelo SWAT Translated title: Climate change impact assessment on a hydrologic basin under natural regime (SE, Spain) using a SWAT model

Abstract

Resumen: Actualmente, las demandas hídricas se encuentran en continuo crecimiento lo que aumenta la presión, en cantidad y calidad, sobre los recursos hídricos disponibles a nivel global. Asimismo, la reducción proyectada de las aportaciones en régimen natural, consecuencia del cambio climático, supone un nuevo nivel de incertidumbre. Pese a errores todavía existentes, los modelos hidrológicos constituyen herramientas vitales para planificar y gestionar el recurso agua. Su correcta aplicación resulta esencial en áreas con elevado estrés hídrico (regiones áridas y semiáridas). La Demarcación Hidrográfica del Segura (DHS), sureste de España, presenta una de las mayores tasas de escasez y explotación intensiva de recursos hídricos en el contexto europeo y mundial. Este trabajo estima los efectos del cambio climático sobre los principales componentes del balance hídrico en la cuenca alta del río Taibilla (cabecera de la DHS). Dicha cuenca fue escogida al encontrase en régimen natural y ser actualmente primordial en el abastecimiento hídrico de numerosos municipios de la DHS y áreas contiguas. Para evaluar los mencionados efectos se ha implementado el modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) calibrado con el algoritmo SUFI-2. La calibración y validación se realizaron con dos funciones objetivo (NSE y KGE) en el periodo con caudales observados (1996-2012). Las proyecciones de precipitación y temperatura proceden de los modelos climáticos globales (GCMs) bcc-csm1-1-m, MPI.ESM.MR y bcc.csm1.1, regionalizados con la técnica de Análogos, bajo los escenarios de emisión RCP4.5 y RCP8.5 (periodo 2010-2050). Los resultados del ajuste mejoran con NSE, con respecto a KGE, en las series de calibración y validación. En las próximas décadas, precipitación, escorrentía superficial y recarga de acuíferos muestran tendencias negativas mientras que la temperatura aumenta entre 1.5 °C y 1.7 °C. Pese a la incertidumbre existente, resulta evidente que las aportaciones disminuirán en la cuenca lo que supondrá un reto en la gestión del recurso agua para las autoridades locales. Los resultados obtenidos pueden ayudar a las autoridades locales en la toma de decisiones respecto a la planificación hidrológica y la lucha contra el cambio climático en la DHS. Así mismo, SWAT como herramienta de conversión lluvia-escorrentía, junto con los modelos y escenarios de cambio climático implementados, resultan válidos en un área de clima subhúmedo y semiárido pudiendo ser aplicados en otras regiones con una climatología similar.

Translated abstract

Abstract: Currently, water demands are in continuous growth which increases the pressure, in quantity and quality, on the water resources available over the world. Likewise, the projected reduction of natural water inputs, due to climate change, represents a new level of uncertainty. Despite existing errors, hydrological models are important tools for planning and managing water resources. Their correct application is essential in areas with high water stress (arid and semi-arid regions). The Segura River basin district (DHS), southeastern Spain, has one of the highest scarcity rates and intensive exploitation of water resources in Europe and the world. This study estimates the effects of climate change on the main components of the water balance in the upper basin of the Taibilla River (the headwater of the DHS). This basin has been chosen because it is in natural regime and it is currently one of the main water supplies in many DHS municipalities and contiguous areas. In order to assess the mentioned effects, we used the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) calibrated with the SUFI-2 algorithm. Calibration and validation were performed with two objective functions (NSE and KGE) in the period with availability of discharge data (1996-2012). The precipitation and temperature projections came from the global climate models (GCMs) bcc-csm1-1-m, MPI.ESM.MR and bcc.csm1.1, regionalized with the analogue technique, under the emission scenarios RCP4.5 and RCP8.5 (period 2010-2050). The adjustment results improved with NSE, with respect to KGE, in the calibration and validation series. In the future decades, precipitation, surface runoff and recharge of aquifers would show negative trends while the temperature would increase by between 1.5 °C and 1.7 °C. In spite of the existing uncertainty, it is evident that natural water inputs will decrease in this river basin. This will be a challenge in the water resources management for local authorities. The obtained results can assist local authorities at decision making regarding hydrological planning and the fight against climate change in the DHS. In addition, SWAT as a rainfall-runoff conversion tool, together with the implemented models and climate change scenarios, are suitable in an area with subhumid and semi-arid climate and can be used in other regions with similar climatology.