Ter River influence on Sau Reservoir limnology. Empirical and watershed-scale modeling

Abstract

[eng] The role of the materials coming from the watershed on the reservoir water quality is an emergent area of high scientific interest with many practical implications. In this study we investigated the influence of the materials coming from the Ter River watershed on the eutrophication process of Sau Reservoir, located in Barcelona (Spain). First, we present a new methodology to calculate nutrient river loads, using fuzzy logic and tools from neural-networks optimization algorithms. The new method was more efficient and accurate than classical procedures. Then, we demonstrate the effect of river materials (especially that of dissolved organic carbon) on the development of anoxic layers in the bottom layers of the reservoir. These results are not limited to Sau Reservoir, since other reservoirs in the world have shown the same responses. The second part of the dissertation develops a watershed-scale model for the Ter River and the Sau Reservoir using HSPF. This included hydrology, river water temperature, and river total phosphorus concentration. Results were satisfactory, and the model implementation allowed testing state-of-the-art algorithms to calibrate complex models, based on the Bayesian statistical theory. On the other hand, different alternatives to model river water temperature were tested. Finally, we explored the possibility of using field data collected at the river reach scale, following the Nutrient Spiralling Concept, to parameterize the river total phosphorus model in the Ter watershed, with encouraging results.

[cat] L'efecte dels materials provinents de la conca de drenatge en la qualitat de l'aigua del embassaments és un àrea d'investigació amb considerable interès teòric i pràctic. En aquest estudi s'ha investigat la influència de les aportacions de la conca de drenatge del riu Ter en el procés d'eutrofització de l'embassament de Sau, a la província de Barcelona (Espanya). Primer es detalla un nou mètode de càlcul de càrregues de nutrients en rius, fent servir la lògica difusa i eines provinents de l'optimització de xarxes neuronals. El nou mètode ha provat ser més eficient i precís que les alternatives clàssiques. Després s'ha demostrat empíricament l'efecte dels materials provinents del riu (especialment del carboni orgànic dissolt) en la generació de capes anòxiques al fons de l'embassament. Aquest resultats no s'han aplicat només en el cas de l'embassament de Sau, sinó que han demostrat ser extrapolables a d'altres sistemes inundats de diferents llocs del planeta. La segona part de la Tesi desenvolupa un model a escala de conca pel riu Ter i l'embassament de Sau amb HSPF, incloent hidrologia, la temperatura de l'aigua al riu, i la concentració de fòsfor total al riu. Els resultats han estat satisfactoris, i a més la implementació del model ha permès testar eines modernes de calibració de models complexos basades en l'estadística Bayesiana. Per altra banda, s'han testat diferents alternatives per a la modelització de la temperatura d'aigua en rius. Finalment, s'ha investigat la possibilitat de fer servir dades de camp recollides a escala de tram de riu, seguint el Nutrient Spiralling Concept, per a la parametrització del model de fòsfor total al riu Ter, amb resultats estimulants.