Tesis doctorales DING - INGS Doktoretza tesiak

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http://hdl.handle.net/2454/29499

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Analysis of sediment export and ephemeral gully erosion in small agricultural watersheds of Iowa and Navarre
(2022) Luquin Oroz, Eduardo Adrián; Campo-Bescós, Miguel; Ingeniería; Ingeniaritza; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Agricultural activity can significantly affect the environment. The rising global demand for agricultural products, largely as a result of population growth, only increases the pressure on soil resources. In fact, soil erosion and water pollution with sediment are considered among the most critical environmental threats worldwide. This thesis aims to obtain new insights into the phenomenon of soil erosion and sediment export in cultivated areas, of its processes, and to the factors that control them, and evaluate our capacity to predict and simulate some of these processes. The spatial and temporal scale of the study consists of multiple levels, starting from the analysis of at the "watershed scale" using the Experimental Agricultural Watershed Network of the Government of Navarre, both at the multiannual and event-level, and going further into the analysis at the micro-watershed level by studying ephemeral gully erosion and its modeling using information from very detailed observations in Iowa. The following specific objectives addressed this general objective: (i) analyze the hydrological and sediment export behavior of small agricultural watersheds in Navarre; (ii) explore the use of high-resolution measurements of hydrological variables (turbidity, discharge and precipitation) to characterize sediment concentration in agricultural watersheds during storm events; (iii) obtain new insights about internal watershed processes by investigating the factors that condition the occurrence and growth of ephemeral gullies in agricultural micro-watersheds in Iowa; and (iv) to evaluate the capability of the AnnAGNPS-TIEGEM (Tillage lnduced Ephemeral Gully Erosion Model) model to simulate ephemeral gully erosion in Iowa, and propose improvements to the model in light of the results obtained.
Open Access
Assessment and modeling of the generation and transport of water and solutes in representative watersheds of Navarre (Spain): toward an optimal and sustainable agrarian activity
(2021) Hernández García, Iker; Casalí Sarasíbar, Javier; Campo-Bescós, Miguel; Merchán Elena, Daniel; Ingeniería; Ingeniaritza; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
El objetivo general de esta tesis es ampliar la base de conocimiento sobre la dinámica de los sólidos disueltos totales, con especial atención a los nutrientes más extendidos en los sistemas agrícolas (N, y en menor medida P). Para ello, (1) se han cuantificado las exportaciones de los sólidos disueltos totales y su dinámica en la red de cuencas experimentales de Navarra, considerando diferentes agrosistemas de la región de Navarra (España). Reconociendo la influencia de estos compuestos en diferentes masas de agua, y con el objetivo de arrojar más luz sobre el enfoque de la caja negra de las cuencas en la calidad del agua, (2) se ha evaluado el concepto relativamente novedoso de conectividad de flujo superficial a través de un índice de conectividad del flujo superficial. Este índice se basa en índices de conectividad de flujos superficiales ampliamente contrastados, aplicándose en dos cuencas de secano con cultivo de cereal de invierno (Latxaga y La Tejería). En cuanto a los nutrientes, y centrándonos en la dinámica de los nitratos y fosfatos, (3) se ha caracterizado la concentración y la exportación de nitratos y fosfatos en diferentes escalas temporales en estas dos cuencas. En ellas se han identificado los factores controladores de estas dinámicas para estas dos cuencas. Por último, (4) se han cuantificado los factores controladores de nutrientes previamente identificados considerando diferentes escenarios posibles, y se ha evaluado la capacidad del modelo AnnAGNPS para las exportaciones de nitrógeno disuelto en las dos cuencas de secano con cultivo de cereal de invierno.
Open Access
Effects of agricultural activities on water quality: catchment-scale modeling of nutrient pollution and management in cultivated lands, case studies of northern spain and southeastern sweden
(2024) Oduor, Brian Omondi; Campo-Bescós, Miguel; Lana Renault, Noemí; Casalí Sarasíbar, Javier; Ingeniería; Ingeniaritza
La intensificación de la agricultura para satisfacer la creciente demanda de alimentos y la dinámica climática cambiante requiere una gestión sostenible de los recursos de la tierra y el agua. Esta tesis doctoral examina la compleja interacción entre las actividades agrícolas y la calidad del agua mediante la exploración de dos cuencas hidrográficas dominadas por la agricultura en el norte de España y el sureste de Suecia utilizando el modelo Soil Water Assessment Tool (SWAT). La investigación se centra en (i) evaluar la aplicabilidad del modelo SWAT en las áreas de estudio, (ii) evaluar los efectos del cambio de agricultura de secano a agricultura de regadío , (iii) comprender los efectos del cambio climático en la cantidad y calidad del agua, y (iv) cuantificar la eficacia de las mejores prácticas de manejo agrícola (BMP) para minimizar la exportación de nutrientes. En general, esta tesis enfatiza la necesidad de obtener una comprensión integral de los impactos agrícolas en la calidad del agua. La investigación no solo esclarece la complicada dinámica que se establece entre las actividades agrícolas y la calidad del agua mediante el uso de modelización hidrológica avanzada , sino que también brinda a los agentes interesados herramientas prácticas para guiar la toma de decisiones informadas. Los hallazgos de esta investigación brindan un enfoque transformador hacia la protección de la calidad del agua, el fomento de ecosistemas resilientes y la promoción de prácticas agrícolas sostenibles en diversos contextos geográficos.
Embargo
Hacia un manejo sostenible del recurso agua-suelo: evaluación de sensores de potencial hídrico y de una innovadora gestión del suelo y cultivo en Navarra
(2024) Aldaz Lusarreta, Alaitz; Giménez Díaz, Rafael; Virto Quecedo, Íñigo; Campo-Bescós, Miguel; Ingeniería; Ingeniaritza; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
La degradación de suelos agrícolas es un problema global agravado por el aumento de la población y la necesidad de una mayor producción de alimentos. La tasa de erosión causada por la actividad humana supera la capacidad natural de regeneración del suelo. Por otro lado, la agricultura de regadío, que requiere grandes cantidades de agua, contribuye a la escasez de este recurso valioso y puede tener impactos ambientales negativos, como contaminación de aguas subterráneas y erosión del suelo. Frente a esta situación, donde la demanda de alimentos va en aumento y los recursos naturales se vuelven progresivamente escasos, resulta esencial impulsar el desarrollo de sistemas agrícolas sostenibles. La agricultura sostenible se define como un enfoque holístico que busca maximizar la productividad agrícola sin comprometer la salud del suelo, la calidad del agua y la biodiversidad. Dos de los pilares fundamentales de la actividad agrícola son, precisamente, los recursos agua y suelo. En la búsqueda de mantener ambos recursos como bases sostenibles en el tiempo, se hace evidente la necesidad de evaluar y adoptar nuevas técnicas (por ejemplo, distintos tipos de sensores) que se alineen con los principios de la sostenibilidad. Esta tesis se presenta como un aporte al manejo sostenible del suelo y del agua. Concretamente los objetivos son: i) contribuir a una óptima gestión del agua del suelo disponible para los cultivos en ambientes mediterráneos, y ii) contribuir a mitigar el impacto en el ecosistema de la actividad agrícola en ambientes mediterráneos, a través de sistemas agrícolas alternativos más sostenibles que los actuales. Para tal fin, se evaluó en laboratorio la actual y diversa tecnología disponible, a nivel mundial y con fines agrícolas, para la estimación y monitoreo de sensores de potencial hídrico. Por otra parte, tras casi dos décadas de implementación, se evaluó un sistema pionero y único en Navarra para la gestión optimizada del suelo y cultivo, centrándose en su impacto en la calidad física y biológica del suelo. La calidad física se examinó mediante el análisis de las curvas de retención de humedad del suelo (CRHS), y la evaluación del tamaño y la estabilidad de los macroagregados del suelo. Por otro lado, la calidad biológica se analizó a través de la fracción orgánica del suelo y sus poblaciones microbianas. Las CRHS se obtuvieron a partir de muestras inalteradas y mediante mediciones continuas de alta resolución, permitiendo una estimación detallada de la estructura del sistema poroso del suelo. Los resultados experimentales fueron analizados y extrapolados mediante el uso del modelo hidrológico Hydrus-2D.
Open Access
Sentinel-1 time series applications over agricultural fields: proposal, evaluation and comparison of different methodologies
(2023) Arias Cuenca, María; Álvarez-Mozos, Jesús; Campo-Bescós, Miguel; Ingeniería; Ingeniaritza
La monitorización de los cultivos es esencial para diferentes aplicaciones, como el aseguramiento de la seguridad alimentaria, la gestión de los cultivos y la implementación de políticas agrarias. La teledetección proporciona información acerca de las propiedades biofísicas de las plantas y los suelos, así como de la variabilidad espacial en amplias áreas del territorio de forma periódica. El lanzamiento de los satélites radar de apertura sintética (SAR) Sentinel-1 en 2014 y 2016 permitió la adquisición de series temporales densas de imágenes con buena resolución espacial y temporal incluso en zonas cubiertas de nubes. El principal objetivo de esta tesis es la evaluación de diferentes metodologías para aplicaciones agrícolas a escala de parcela usando series temporales Sentinel-1. En primer lugar, se propuso una metodología de clasificación de cultivos supervisada basada en las firmas temporales de Sentinel-1. Se implementó en un caso de estudio con 14 clases de cultivos y un dataset grande de parcelas agrícolas. En segundo lugar, se evaluó la influencia de la geometría de adquisición de las imágenes Sentinel-1 sobre parcelas de trigo. Se evaluó la influencia del ángulo de incidencia en la retrodispersión y los coeficientes de terrain-flattening, y se aplicó una normalización del ángulo de incidencia seguida de una corrección de la anisotropía azimutal en las series temporales de polarización VV. En tercer lugar, se evaluó la atenuación de la retrodispersión producida por las cubiertas de trigo en polarización VV, y un nuevo método de corrección del efecto de la atenuación llamado WATCOR fue propuesto. Finalmente, cuatro técnicas para estimar la humedad del suelo basadas en series temporales de Sentinel-1 en cultivo de trigo fueron evaluadas, proponiendo diferentes alternativas metodológicas para su aplicación a escala de parcela. A pesar de la complejidad de la estimación de la humedad del suelo a escala de parcela únicamente con datos SAR, se obtuvieron estimaciones aceptables. Los resultados de esta tesis demostraron que el análisis y la extracción de información contenida en series temporales SAR es útil para diferentes aplicaciones, augurando interesantes desarrollos futuros en este campo.

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