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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B)

INVESTIGADOR PRINCIPAL 1 (Nombre y apellidos): Asunció Baquerizo Azofra INVESTIGADOR PRINCIPAL 2 (Nombre y apellidos): TÍTULO DEL PROYECTO: Un modelo integrado para la gestión de sistemas de estuario ACRÓNIMO: MOISÉS RESUMEN Máximo 3500 caracteres (incluyendo espacios en blanco): Los estuarios son sistemas de encuentro del mar, la atmósfera y la cuenca fluvial a través de los cuales se intercambian energía, sustancias y nutrientes, acogiendo a uno de los ecosistemas más productivos de la Tierra. *Alteraciones humanas y naturales. Gestión no integrada Las transformaciones que se llevan a cabo sobre ellos para albergar actividades humanas ajenas a su dinámica continuan aumentando. Así, el Bajo Guadalquivir, como otros muchos, muestra las huellas del control de las descargas de agua dulce, el dragado de la vía navegable y la ocupación de las llanura de inundación para actividades agrícolas, industriales y áreas y servicios urbanos. Los usos y demandas son fuente de conflictos entre usuarios y administraciones que, en general, gestionan de forma descordinada y sin herramientas adecuadas para diagnosticar y pronosticar las consecuencias sobre el estuario; entre otras, la persistencia de episodios severos de turbidez y toxicidad que reducen severamente los potenciales productivo y pesquero. Esta forma de gestionar afecta al medio ambiente, consume importantes recursos económicos y no se ajusta a los principios requeridos por directivas europeas, en particular a la Directiva Marco del Agua 2000/60 ni la Directiva 2014/89 por la que se establece un marco para la ordenación del espacio marítimo, que tiene como fin promover el desarrollo sostenible del uso de los recursos costeros y marinos con la implementación de planes de gestión del territorio que tengan en cuenta la incertidumbre, y contribuir a resolver los conflictos que surgen de la creciente y descordinada competencia por el uso de recursos.

AVISO IMPORTANTE En virtud del artículo 11 de la convocatoria NO SE ACEPTARÁN NI SERÁN SUBSANABLES MEMORIAS CIENTÍFICO-TÉCNICAS que no se presenten en este formato. La parte C de la memoria no podrá exceder de 20 páginas. Lea detenidamente las instrucciones para rellenar correctamente esta memoria, disponibles en la web de la convocatoria.

Convocatorias 2015 Proyectos EXCELENCIA y Proyectos RETOS

Dirección General de Investigación Científica y Técnica Subdirección General de Proyectos de Investigación

Parte A: RESUMEN DE LA PROPUESTA/SUMMARY OF THE PROPOSAL


*Reto de esta propuesta Este es precisamente el reto social al que se enfrenta este proyecto de investigación, enmarcado en el reto 2 de la Estrategia del Plan Nacional 2013-2020 y de los objetivos del Programa Horizonte 2020 de la UE. *Viabilidad Su pertinencia y oportunidad están avaladas por los datos disponibles, recogidos durante casi tres años en el estuario del Guadalquivir, y los trabajos de investigación de los últimos diez años del equipo solicitante en los ámbitos de la (1) dinámica y ecología de los sistemas, (2) la simulación del y (3) los métodos para la optimización, gestión y toma de decisiones en sistemas litorales e infraestructuras teniendo en cuenta el riesgo. *Objetivos En concreto se propone (1) estudiar los procesos de intercambio en el estuario a escalas semidiurna y submareales y espaciales de tramo, mediante las ecuaciones de balance que gobiernan la dinámica fluvio-mareal y los flujos biogeoquímicos, (2) plantear las cuestiones clave para la gestión y conservación a corto, medio y largo plazo y formular los problemas de optimización estocástica correspondientes a distintas escalas de tiempo, con las restricciones impuestas por cuestiones legales, ambientales y socio-económicas, (3) implementar y validar una herramienta para la gestión integral del estuario y la toma de decisiones en presencia de incertidumbre, basadas en el conocimiento de los procesos y teniendo en cuenta múltiples criterios, que pueda transferirse a la administración y empresas, y (4) abordar problemas concretos de gestión tales como los efectos de dragados, regulación de caudales, ocupación de llanos o apertura/cierre de canales mareales o el ascenso del nivel del mar, obtener soluciones óptimas y cuantificar su riesgo, entendido como análisis probabilístico de las consecuencias. PALABRAS CLAVE: sistemas de estuario, flujos biogeoquímicos, gestión integrada, optimización, cuantificación de riesgo, toma de decisiones TITLE OF THE PROJECT: An integrated model for the management of estuarine systems ACRONYM: MOISES SUMMARY Maximum 3500 characters (including spaces): Estuaries are places where land, ocean and atmosphere meet and interact. Due to the exchange processes of substances and nutrients that take place in them, they host one of the most productive ecosystems in the world. Despite their environmental importance, there is an increasing demand of transformation of these unique systems with dredging works, land reclamation for industrial and agricultural activities and control of freshwater flow. In the Guadalquivir estuary, like in many other estuaries of the Andalusian and Spanish Atlantic coast, these interventions have increased the need to undertake more frequent dredging maintenance works and the intensity and persistence of severe turbidity and toxicity events that strongly reduce the potential productivity of the surrounding coastal zones. The non integrated management of these systems has important economic costs and does not meet the goals of the EU Framework Directives of application for estuaries. In particular it deviates from the principles of the Directive 2014/89 establishing a framework for maritime spatial planning. The aim of this Directive is to promote the sustainable use of coastal and marine resources with the implementation of management estrategies that take into account the uncertainty, and to contribute to solve the conflicts that arise from the increasing and uncoordinated competence for the use of resources.


This project tackles this socio-economic challenge. It bases its feasibility on

the large amount of data collected by a real monitoring network installed during almost three years in the Guadalquivir estuary and the research findings of the team that supporst this proposal in the areas of (1) hidrodynamics, morphodynamics and ecology of coastal systems, (2) simulation techniques of forcing agents and (3) the development of tools and methodologies for the integated management and decision making under uncertainty. More precisely, its objectives are (1) to study tidal and fluvial processes as well as biogeochemical fluxes in estuaries at semidiurnal and subtidal scales with balance box-models, (2) to address key questions to manage on a short, medium and long term basis the estuary, and to formulate the corresponding stochastic optmization problems with the constrictions imposed by legal, environmental and socio-economic requirements, (3) to develope an integrated model for the management of estuarine systems and for stochastic multiple criteria informed decision making, and (4) to address specific management questions like the effects of human actions (dredging works, regulatory activities, opening/closing of tidal channels) or the sea level rise, looking for optimal solutions and assesing the risk of their implementation. Here risk is understod as the probabilistic analysis of the consequences. KEY WORDS: estuarine systems, biogeochemical fluxes, integrated management, optmizacion, risk assesment, decision making


B.1. RELACIÓN DE LAS PERSONAS NO DOCTORES QUE COMPONEN EL EQUIPO DE TRABAJO (se recuerda que los doctores del equipo de trabajo y los componentes del equipo de investigación no se solicitan aquí porque deberán incluirse en la aplicación informática de solicitud). Repita la siguiente secuencia tantas veces como precise. 1. Nombre y apellidos:

Titulación: licenciado/ingeniero/graduado/máster/formación profesional/otros (especificar) Tipo de contrato: en formación/contratado/técnico/entidad extranjera/otros (especificar) Duración del contrato: indefinido/temporal

B.2. FINANCIACIÓN PÚBLICA Y PRIVADA (PROYECTOS Y/O CONTRATOS DE I+D+I) DEL EQUIPO DE INVESTIGACIÓN (repita la secuencia tantas veces como se precise hasta un máximo de 10 proyectos y/o contratos). 1. Asunción Baquerizo Azofra:

Referencia del proyecto: Convenio sin referencia Título: Desarrollo de una herramienta de simulación integral de la actividad portuaria basada en métodos probabilísticos Investigador principal: Asunción Baquerizo Azofra Entidad financiadora: Autoridad Portuaria de Bahía de Algeciras Duración: 14/04/2015-31/12/2015 Financiación recibida (en euros): 800.000,00 (UGR: 125.000,00 ) Relación con el proyecto que se presenta: está muy relacionado Estado del proyecto o contrato: Pendiente de firma de contrato con empresa adjudicataria (Proes Consultores SA y FCC Industrial e Infraestructuras Energéticas, SAU en UTE)

2. Luis Cruz Pizarro Referencia del proyecto: Proyecto de excelencia, RNM-6630 Título: Nuevas metodologías para la restauración de ecosistemas acuáticos: aplicación de partículas magnéticas Investigador principal: Inmaculada de Vicente Álvarez de Manzaneda Entidad financiadora: Junta de Andaucía. Duración: 25/02/2011-25/02/2015 Financiación recibida (en euros): 117.233,00 € Relación con el proyecto que se presenta: está muy relacionado Estado del proyecto o contrato: concedido

3. Asunción Baquerizo Azofra Referencia del proyecto: Proyecto de excelencia, RNM-6352 Título: Dinámica y flujos biogeoquímicos de la Bahía de Cádiz. Campañas de medida y modelos Investigador principal: Miguel Ángel Losada Rodríguez Entidad financiadora: Junta de Andalucía Duración: 06/06/2012-06/06/2015 Financiación recibida (en euros): 208.247,00 € Relación con el proyecto que se presenta: está muy relacionado Estado del proyecto o contrato: concedido

4. Agustín Millares Valenzuela: Referencia del proyecto: sin referencia Título: Cuantificación de servicios ecosistémicos mediante modelos eco-hidrológicos en la reserva de la biosfera de Sierra Nevada. Investigador principal: Miguel Ángel Losada Rodríguez Entidad financiadora: Campus de Excelencia Internacional BioTic Univ. de Granada, 2012 Duración: 21/03/2012 - 31/05/2013. Financiación recibida (en euros): 22.000,00 €.

Parte B: INFORMACIÓN ESPECÍFICA DEL EQUIPO

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) Relación con el proyecto que se presenta: está algo relacionado

Estado del proyecto o contrato: concedido

5. Asunción Baquerizo Azofra: Referencia del proyecto: CIT-460000-2009-21 Título: Optimización de la operatividad portuaria mediante técnicas de simulación Investigador principal: Miguel Ángel Losada Rodríguez Entidad financiadora: Ministerio de Fomento. Duración: 01/01/2009-12/31/2012 Financiación recibida (en euros): 664.948,00€ Relación con el proyecto que se presenta: está muy relacionado Estado del proyecto o contrato: concedido

6. Asunción Baquerizo Azofra Referencia del proyecto: CTM2009-10520 Título: Intercambio de masas de agua y de energía potencial entre el estuario del Guadalquivir y la plataforma continental interior. Investigador principal: Miguel Ángel Losada Rodríguez Entidad financiadora: Ministerio de Ciencia e Innovación. Plan Nacional. Cicyt 2008-2011. Duración: 24/07/2009-23/07/2012 Financiación recibida (en euros): 120.000,00 € Relación con el proyecto que se presenta: mismo tema Estado del proyecto o contrato: concedido

7. Asunción Baquerizo Azofra Referencia del proyecto: Proyecto de excelencia, RNM968 Título: Estudio de los flujos hidrodinámicos y biogeoquímicos en los mares de Andalucía. Investigador principal: Miguel Ángel Losada Rodríguez Entidad financiadora: Junta de Andalucía Duración: ): 01/02/2006-31/01/2009 Financiación recibida (en euros): 141.800,00 € Relación con el proyecto que se presenta: mismo tema Estado del proyecto o contrato: concedido

8. Asunción Baquerizo Azofra Referencia del proyecto: Convenio sin referencia Título: Propuesta metodológica para diagnosticar y pronosticar las consecuencias de las actuaciones humanas en el estuario del Guadalquivir. Fase II. Investigador principal: Miguel Losada Rodríguez, Javier Ruiz Segura Entidad financiadora: Consejo Superior de Investigaciones Científicas Duración: 15/01/2009 - 24/11/2009 Financiación recibida (en euros): 134,742.40 €. Relación con el proyecto que se presenta: mismo tema Estado del proyecto o contrato: concedido

9. Asunción Baquerizo Azofra Referencia del proyecto: Convenio sin referencia Título: Propuesta metodológica para diagnosticar y pronosticar las consecuencias de las actuaciones humanas en el estuario del Guadalquivir Investigador principal: Miguel Losada Rodríguez, Javier Ruiz Segura Entidad financiadora: Consejo Superior de Investigaciones Científicas Duración: 15/01/2009-24/11/2009 Financiación recibida (en euros): 185,000.00 € Relación con el proyecto que se presenta: mismo tema Estado del proyecto o contrato: concedido

10. Luis Cruz Pizarro Referencia del proyecto: CICYT CGL 2005-O4O70/HID

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) Título: Patrones espaciales y temporales de acoplamiento entre hidrodinámica y plancton:

impacto de perturbaciones exógenas en un embalse mesotrófico del sur de la península ibérica (El Gergal, Sevilla) Investigador principal: Luis Cruz Pizarro Entidad financiadora: Ministerio de Educación y Ciencia Duración: 23/10/2006-22/10/2008 Financiación recibida (en euros): 100.000,00 € Relación con el proyecto que se presenta: mismo tema Estado del proyecto o contrato: concedido

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C1 PROPUESTA CIENTÍFICA 1. ANTECEDENTES Y ESTADO ACTUAL

1.1 Justificación Los estuarios, donde se encuentran las aguas dulces y salobres, son sistemas de interacción entre el mar, la atmósfera y la cuenca fluvial. En ellos se intercambian agua, nutrientes y otros solutos, dando cobijo a uno de los ecosistemas más productivos. El avance del conocimiento de las últimas décadas ha permitido identificar y analizar la interconexión entre los diversos procesos naturales que ocurren en un estuario. Así la marea incorpora agua salada y oxigenada, y extrae una mezcla fértil de agua con nutrientes y sedimentos. El agua dulce favorece la estratificación de la columna de agua y la formación y ubicación del frente salino; los llanos mareales extienden la acción del mar por amplias planicies, marismas, caños y esteros, y controlan el sentido de las corrientes residuales y los intercambios de sustancias y nutrientes. La dinámica de estos procesos y su evolución espacial y temporal determina la capacidad del estuario para albergar vida y mitigar las consecuencias de eventos extremos, tales como avenidas, temporales en el mar, etc., y los tiempos de relajación. En estos entornos el hombre ha encontrado un amplio territorio para sus actividades económicas con repercusiones sociales. España no ha sido ajena a este proceso de ocupación. De hecho, todos los estuarios relevantes de Andalucía, entre ellos el Guadalquivir, muestran la huella de las actividades humanas, en particular, el comercio marítimo y su demanda de vías navegables y suelo para áreas industriales, y la agricultura.

1.1.1 El estuario del Guadalquivir

Actuaciones humanas y consecuencias

En el Bajo Guadalquivir (Figura 1), el cierre de caños mareales, las cortas y, especialmente, la profundización del canal de navegación iniciada hace aproximadamente dos décadas, han propiciado la amplificación de la onda de marea y de la turbulencia del fondo. El resultado ha sido un incremento de la capacidad de resuspender sedimentos y, por tanto de la turbidez observada (Díez-Minguito et al., 2014). El aislamiento y ocupación con fines diversos -ajenos a la dinámica estuarina- de zonas de marisma y llanos mareales, produce una reducción del prisma de marea y favorece la dominancia de la llenante (Díez-Minguito et al, 2012). Esto incrementa los tiempos de renovación, favorece la acumulación de sustancias y sedimentos en el estuario, alterando significativamente su balance neto en el canal de navegación. La desembocadura del estuario está migrando hacia el Este reduciendo la superficie efectiva de producción de las especies marisqueras e incrementando la erosión longitudinal de las playas y dunas del Arenal de Doñana (López- Ruiz et al. 2012). Por otra parte, la política hidráulica de los últimos 80 años ha primado la regulación de la cuenca con fines agrícolas. Desde entonces el caudal medio diario de agua dulce se ha reducido en más de cinco veces recibiendo aportaciones significativas sólo en avenidas. En condiciones normales (aprox. el 85% de los días del año) el caudal medio de agua dulce no supera 40m3/s. En dichas condiciones la columna de agua está poco estratificada excepto quizá en la desembocadura, y la intrusión salina instantánea puede llegar a alcanzar los 80km aguas arriba. La presa de Alcalá del Río, a 110km, constituye el último punto de control de las descargas fluviales del Guadalquivir y el límite de propagación de la onda incidente de marea, que al incidir sobre la presa se refleja aguas abajo. El carácter estacionario de la marea en este último tramo tiene consecuencias importantes en la hidro- y morfodinámica del estuario (Díez-Minguito et al., 2012). El Bajo Guadalquivir, incluso en condiciones normales, es uno de los más turbios del mundo (Losada y Ruiz, 2010). De hecho, los datos muestran que el promedio anual de la turbidez casi duplica el del Mississippi (Navarro et al, 2012; Ruiz et al., 2013). Presenta además dos máximos estuarinos de turbidez relacionados principalmente con la geometría del estuario y la reflexión de la onda de marea (Díez-Minguito et al., 2014). La dinámica del material particulado en suspensión (SPM) es importante para el funcionamiento de los ecosistemas del estuario y de la zona costera adyacente, ya que controla en gran medida la producción primaria, puesto que limita la disponibilidad de luz en la columna de agua. El exceso de turbidez ha favorecido la hipoxia generalizada, una severa hipercapnia, con eventos periódicos de toxicidad y la reducción significativa de la producción primaria, de la

Parte C: DOCUMENTO CIENTÍFICO. Máximo 20 páginas.

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) diversidad biológica, del potencial pesquero y de las explotaciones de la acuicultura (Ruiz et

al, 2014). Además, las actividades humanas han reducido el estuario a un canal principal y pequeños llanos mareales inundables por la marea con suelos de fango y arena, drenados por algunos caños mareales. La ocupación de las superficies, otrora inundables, reduce la magnitud del prisma de marea y es responsable del desequilibrio morfodinámico de las secciones y las riberas del canal principal y caños secundarios.

Incumplimiento de la normativa europea

Como resultado de estas y algunas otras actividades humanas, el estuario del Guadalquivir es hoy en día un espacio desnaturalizado y desfigurado. Sin embargo, el Tratado de Adhesión a la UE, en su artículo 6, estipula que los requisitos de protección ambiental deben integrarse en la definición e implementación de las políticas Comunitarias, de manera que exista un equilibrio entre los objetivos ambientales y los no ambientales, contribuyendo ambos al único desarrollo posible: aquel que es sostenible. La Directiva Marco del Agua (2000) incide aún más en este planteamiento para la protección y la gestión de las masas de agua, incluidas las zonas de transición y costeras. En 2005, la UE extendió estos planteamientos a los efectos hidro-morfológicos de la planificación, como es el caso del Estuario del Guadalquivir, atendiendo, entre otros aspectos, a la desecación de marismas, la ruptura de la continuidad biológica y los daños directos sobre la biota. En esta misma línea se expresa la ni la Directiva 2014/89 por la que se establece un marco para la ordenación del espacio marítmo.

Resumen de la situación actual

En los últimos años no sólo no se ha detenido la sobreexplotación del estuario, sino que han aumentado las demandas de su transformación. En una situación próxima al agotamiento de los recursos básicos de suelo y agua, la manifiesta imposibilidad de satisfacer todas estas demandas ha incrementado la crispación social. Los conflictos de intereses y competencias entre los diferentes usuarios del estuario y las administraciones tiene difícil acople y resolución ya que, en general, se carece de información y herramientas suficientes para diagnosticar la dinámica estuarina y sus procesos, y predecir el efecto que a corto, medio y largo plazo pueden tener las actuaciones sobre el sistema. Por ello, las administraciones practican una gestión descoordinada y muy alejada de los principios requeridos en las Directivas europeas que deben regir la gestión eficiente de cualquier sistema litoral.

1.1.2 Pertinencia y oportunidad del proyecto La instalación de una extensa red de monitorización entre 2008 y 2011 (Apdo. 5) ha permitido un avance significativo en el conocimiento de los procesos del estuario y de su plataforma continental interior. A partir de estas medidas y de los trabajos previos del equipo solicitante (Apdo. 1.3) se está en condiciones de enfrentarse al reto del desarrollo de modelos de gestión que, con las escalas apropiadas, proporcionen la información requerida para una gestión integral e integrada del estuario, siguiendo las Directivas Marco, y ayuden en la elaboración de estrategias de sostenibilidad ambiental, optimización socioeconómica y de adaptación a la variabilidad natural y a la toma de decisiones por la sociedad. 1.2 Estado actual de los conocimientos científico-técnicos

A continuación se resumen los trabajos más relevantes para la realización de este proyecto en las distintas áreas de conocimiento que abarca la materia específica. En el Apdo. 3 se incluyen los del equipo solicitante.

1.2.1. Modelado de procesos estuarinos hidro- morfodinámicos y ecológicos

Corrientes residuales en estuarios y desembocaduras La mayor parte del conocimiento actual sobre la circulación residual en estuarios se basa en los trabajos de (1) Hansen y Ratray (1966) en circulación gravitacional, (2) los de Ianello (1977, 1979) en circulación submareal inducida por procesos mareales no lineales y (3) en los trabajos teóricos y experimentales de Garvine (1991). Por su parte, Jay y Smith (1990) y Simpson et al. (1990) fueron los primeros en introducir el papel de la asimetría intramareal de la difusión turbulenta (Asymetric Tidal Mixing, ATM) en las corrientes residuales. Más recientemente Cheng et al. (2011) extendieron el análisis considerando conjuntamente las corrientes residuales inducidas por la ATM, generada por una difusión turbulenta variable en profundidad y en el ciclo de marea,

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) y las inducidas por el gradiente de densidad y la no linealidad de la propagación mareal en

estuarios estrechos y débilmente estratificados.

Simpson et al. (1990,1991) fueron pioneros en estudiar el efecto en la estratificación del estuario de la competencia entre los flujos de agua dulce y mareal utilizando la anomalía de la energía potencial. Posteriormente Garvine y Whitney (2006) utilizaron una formulación similar tomando la densidad de la plataforma en vez de la densidad media para estudiar el intercambio de masas de agua entre el estuario de Delaware y la plataforma. Rice et al. (2009) mejoraron su modelo con una caja de dos capas que reproducia la estratificación.

Salinidad, turbidez y calidad de aguas McCarthy (1993), inspirado en Ianniello (1977, 1979) investigó la circulación residual inducida por la rectificación mareal acoplada con la distibución de salinidad en estuarios bien mezclados. MacCready (2004) destaca el papel predominante de la circulación gravitacional el mecanismo de transporte de sal en estuarios. Trabajos posteriores (e.g. Díez-Minguito et al. 2013) muestran que los términos de transporte inducidos por la rectificación mareal deben ser mantenidos para modelar adecuadamente el transporte. En relación con el ajuste (promediado en un ciclo de marea) de la instrusión salina a los cambios en la descarga de agua dulce, las aproximaciones clásicas asumen condiciones estacionarias (e.g. Prandle, 2004). Sin embargo, investigaciones actuales ponen el énfasis en el modelado numérico y experimental de la ruptura de tales condiciones y en el transitorio entre estados (Hetland y Geyer, 2004; Lerczak et al., 2009). En cuanto al sedimento suspendido en la columna de agua, que afecta a la calidad del agua, se sabe que su distribución espacial y temporal depende de los procesos mareales, la estratificación y la morfología del sistema. Con frecuencia, la distribución está lejos de ser uniforme, presentándose máximos estuarinos de turbidez (e.g., Díez-Minguito et al. 2014; Talke et al., 2009). Las causas de la turbidez y la baja calidad de las aguas se encuentran no sólo en los procesos mareales (Scully y Friedrichs, 2007) sino también en las actividades humanas como pesca, acuicultura, navegación descarga de agua de riego y dragado del canal de navegación (e.g. de Jonge et al., 2014).

Modelos biogeoquímicos La elevada variabilidad espacio-temporal que gobierna los procesos biogeoquimicos en estuarios determina la estructura de las comunidades biologicas (Macias et al., 2010). Es recomendable por ello utilizar modelos numericos para su caracterización. La complejidad de dichos modelos ecolologicos puede llegar a ser muy elevada (Jorgensen and Fath, 2011). Sin embargo, dependiendo, entre otros, de qué factores limitan la produccion biologica, modelos relativamente simples han mostrado representar correctamente las principales caracteristicas de los mismos (Ruiz et al., 2013).

Modelos de cajas Los modelos de cajas, tienen una amplia historia de usos en oceanografía, geomorfología y ecología. Cabe destacar los trabajos de Pritchard (1960), que utilizó un modelo de cajas para estimar la tasa de intercambio y los flujos salinos entre el océano y Chincoteague Bay, y Stommel (1961) que estudió la circulación termohalina, encontrando soluciones con importantes consecuencias climáticas. Estudios más recientes sobre sistemas estuarinos son los de Hamilton et al., 1985; Viera, 1985; Roson at al. 1985; Austin 2004, Garvine and Whitney 2006, Hagy and Murrell, 2007; Gay y O´Donnell, 2007, Rice et al. 2008.

1.2.2 Simulación de series temporales Los trabajos más recientes abordan la reproducción de las variaciones intra-anuales e inter-anuales de las condiciones climáticas (Ferreira y Soares 2000; Méndez et al., 2006; Menéndez et al. 2008; Izaguirre et al., 2010), y usan modelos multivariados, basados en cópulas (e.g.: Grimaldi y Serinaldi 2006, De Michele et al 2007, Serinaldi y Grimaldi 2007).

1.2.3 Optimización, gestión de recursos y toma de decisiones teniendo en cuenta el riesgo

Optimización estocástica Existen diversas formas de plantear la optimización en presencia de incertidumbre (Sahidinis, 2004). La más simple considera un número finito de escenarios y procede mediante simulaciones. Planteamientos más sofisticados se usan para el tratamiento de una función objetivo aleatoria (vease Vitoriano, 2007), y para las restricciones aleatorias (Shapiro, 2009). Si se plantea la posibilidad de tomar medidas correctoras y la estructura de probabilidad no se ve afectada por las decisiones que se toman puede recurrirse a problemas multietapa con recurso (Rockafellar y Wets, 1991).

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) Gestión de recursos y toma de decisiones con riesgo

La mayor parte del trabajo realizado el el área de la gestión de recursos naturales destaca la necesidad de tener en cuenta los grupos de interés y las preferencias de los decisores durante el proceso de decisión (Hobbs et al., 1992; Olson et al., 1998; Buchy y Hoverman, 2000), así como los diversos niveles de incertidumbre (Tervonen & Figueira, 2008). Existen varias maneras de abordar la resolución de conflictos en los que deben tenerse en cuenta múltiples criterios. Lahdelma et al. (2000) hacen una discusión sobre cómo utilizar métodos MCDA en planificación ambiental. En la literatura se encuentran diversas aplicaciones de dichos métodos a la gestión y la planificación ambiental (eg. Tsoutsos et al., 2009; San Cristobal, 2011; Ananda y Herath, 2009). 1.3 Resultados previos del equipo investigador en la materia específica del proyecto

1.3.1 Modelado de procesos estuarinos hidro- morfodinámicos y ecológicos Línea desarrollada en el marco de convenios y proy. 2,3,4,6,7,8,9,10 incluídos en B.2.

A. En condiciones de aguas bajas (caudal fluvial < 40m3/s), la dinámica está dominada por la marea y sus aguas están bien mezcladas. El estuario interior se puede dividir en tres tramos. En el más próximo a la presa, domina la reflexión que puede generar corrientes residuales con consecuencias en la morfología del lecho (Díez-Minguito et al., 2012).

B. El promedio mareal del transporte de sal está gobernado, en orden de importancia, por la deriva no mareal, la de Stokes, y el bombeo mareal debido a la covarianza entre corriente y salinidad. Se ha estudiado la variabilidad temporal de la isohalina de 2 psu y se han identificado tres regímenes en función del caudal de descarga (Díez-Minguito et al., 2013).

C. Se ha analizado la influencia relativa de los agentes en el alcance de la intrusión salina y su sensibilidad a variaciones del caudal de agua dulce. La circulación estuarina aumenta sustancialmente en condiciones de avenida. La influencia mareal es mayor tras las descargas debido a la interacción no lineal del flujo con los sedimentos. Los vientos del Este refuerzan la circulación gravitacional y los del Oeste la debilitan (Reyes-Merlo et al. 2013).

D. A escala intra-mareal la mayor parte del SPM es puesto en suspensión por los esfuerzos tangenciales en el lecho inducidos por la marea. Las zonas de convergencia y divergencia del transporte neto longitudinal de SPM indican la posición de los máximos de turbidez. El transporte es predominantemente aguas arriba, favoreciendo la entrada de sedimentos desde mar abierto. La advección no mareal, el bombeo mareal asociado al desfase entre concentración de SPM y la corriente, y el transporte de Stokes, en este orden, explican más del 98% del transporte longitudinal. Un factor adicional es la reflexión en la presa en virtud de la cual un un cuasi-nodo de la M4 se ubica hacia el km 60 (Díez-Minguito et al., 2014)

E. Se ha analizado la variabilidad de la temperatura en el estuario con un modelo promediado en un ciclo semidiurno para el transporte de energía térmica, que predice la temperatura a corto-medio plazo a escala submareal en cualquier posición del interior. La cuantificación de la contribución de los distintos mecanismos revela que está principalmente controlada por el intercambio mareal y los flujos radiativos (Padilla et al. 2015).

F. Dentro del estuario el nitrógeno y el fósforo son abundantes, sin embargo en la desembocadura suelen presentar valores limitantes. La variación de la concentración de oxígeno puede obtenerse mediante relaciones de los procesos de conversión del nitrógeno y simulando cuatro compartimentos: nitrógeno, fitoplankton, zooplankton y detritus, teniendo en cuenta el efecto de los sólidos en suspensión. Se observa que el factor limitante de la producción biológica es la luz, cuya penetración está limitada por la turbidez. Esta limitación y la sobrecarga de materia orgánica en el flujo de agua dulce favorece las condiciones de hipoxia, tanto más frecuentes cuanto más cerca de la cabecera (Ruiz et al., 2013).

G. La curvatura de la costa propicia gradientes longitudinales del transporte de sedimentos, y condiciona la estabilidad morfodinámica de la desembocadura (López et al, 2012; 2014).

1.3.2 Simulación de series temporales Línea desarrollada en el marco de los convenios y proyectos 3 y 5, incluídos en B.2.

H. Se ha desarrollado un método para la simulación de series temporales que usa un modelo paramétrico mixto no estacionario para la distribución marginal y utiliza cópulas para modelar su dependencia temporal. Este modelo se ha aplicado al estudio de diversas variables geofísicas y ha demostrado reproducir adecuadamente todos los regímenes , así como las variaciones intra-anuales e interanuales (Solari y Losada, 2011 y 2012).

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) I. Se ha modelado la intrusión salina como un proceso de Markov dependiente de los

principales agentes forzadores. El modelo permite hacer predicciones a medio plazo de las consecuencias de diferentes estrategias de gestión en la intrusión salina. Se prevé un avance de la posición media del 8% en los próximos 15 años (Reyes-Merlo et al., 2013). 1.3.3 Métodos para la optimización y la toma de decisiones con riesgo

Línea desarrollada en el marco de los convenios y proyectos 1 y 5 incluídos en B.2.

J. Se ha planteado el diseño óptimo estocástico de un sistema de columna oscilante de agua (OWC) a distintas escalas de tiempo. Los resultados revelan la importancia del clima en el diseño, tanto el periodo de los estados más probables como la altura significante.

K. Se ha desarrollado una metodología para predecir a medio y largo plazo de la evolución de procesos costeros acotando la incertidumbre (Baquerizo y Losada, 2008). El método se puede extender a escalas decadales (Losada et al. 2011), lo que permite hacer un análisis económico de los costes directos e indirectos por pérdida de superficie u otro indicador socioeconómico, y comparar diferentes estrategias de gestión (Losada et al. 2009).

L. Se ha propuesto una metodología para la gestión integral de zonas costeras e infraestructuras y la toma de decisiones con incertidumbre que permite caracterizar, en términos de probabilidad, las consecuencias de estrategias de gestión predefinidas. El modelo tiene en cuenta a los diferentes grupos con intereses, y la incertidumbre en las preferencias de los decisores (Félix et al. 2012; García-Morales et al. 2015). Se ha aplicado al estudio de la potencia de un OWC óptimo con simulaciones del clima que reproducen la variabilidad intraanual e interanual. Los resultados muestran que para aumentar la competitividad del OWC conviene que el diseño pueda adaptar su configuración a los sucesivos estados de mar incidentes en su vida útil (Jalón et al. 2015). 1.4 Relación con otros grupos de investigación nacionales y extranjeros A raíz de la puesta en marcha de los convenios 8, 9 y 7 del Apdo. B.2 los miembros del equipo solicitante (formado por investigadores de la UGR, ICMAN-CSIC y las Universidades de Utrecht, Florida y de la Republica de Uruguay) colaboran estrechamente, también con otros grupos de la UMA, UCA y UCO. La colaboración se concreta además en la participación en el Máster en Hidráulica Ambiental y en el Programa de Doctorado 'Dinámica de Flujos Biogeoquímicos y sus aplicaciones' (vease Apdo C3). El nº de artículos sobre el tema publicados en los últimos cinco años por los investigadores del equipo, supera la cincuentena y ha estrechado las relaciones con otros grupos extranjeros liderados por Seminara (U. Génova), Lanzoni (U. Padua), Burchard (U. Hamburgo), Sottolicchio (U. Burdeos), Kirby (U. Delaware), Jay (U. Portland) y Friedrichs (VIMS). 1.5 Bibliografía

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vegetation on the cross-sectional formation of tidal channels, Estuarine, Coastal and Shelf Science, Vol. 69, 3–4, 311-324. ▪ De Boer, Pietrzak y Winterwerp, 2008. Using the potential energy anomaly equation to investigate tidal straining and advection of stratification in a region of freshwater influence, 1-11. Ocean Modelling 22 (1-2). ▪ De Jonge, V. N., H. M. Schuttelaars, J. E. E. van Beusekom, S. A. Talke, and H. E. de Swart, 2014. The influence of channel deepening on estuarine turbidity levels and dynamics, as exemplified by the Ems estuary, Estuarine Coastal Shelf Sci., 139, 46–59. ▪ Dempster, Fisher, Jansen, Lageweg, Lenstra y Rinnooy Kan, 1981. Analytical evaluation of hierarchical planning systems. Operations Research, 29, 707–716. ▪ De Swart y Zimmerman, 2009. Morphodynamics of tidal inlet systems. Annual review of fluid mechanics, 41, 203-229. ▪ Díez-Minguito, Baquerizo, Ortega-Sánchez, Navarro, y. Losada, 2012. Tide transformation in the Guadalquivir estuary (SW Spain) and process-based zonation. J. Geophys. Res., Vol. 117, No. C3, C03019, 14pp. ▪ Díez-Minguito, Baquerizo, De Swart y Losada, 2014. Structure of the turbidity field in the Guadalquivir estuary: Analysis of observations and a box model approach. J. Geophys. Res.: Oceans, 119, 7190-7204. ▪ Díez-Minguito, Contreras, Polo y Losada, 2013. Spatio-temporal distribution, along-channel fluxes, and post-riverflood recovery of salinity in the Guadalquivir estuary (SW Spain). J. Geophys. Res.: Oceans, Vol. 118(5), 2267-2278. ▪ Escoffier, 1940. The stability of tidal inlets. Shore and Beach, 8(4), 114-115. ▪ Félix, Baquerizo, Santiago y Losada, 2012. Coastal zone management with stochastic multi-criteria analysis, J. of Environmental Management, Volume 112, Pages 252-266, ISSN 0301-4797 . ▪ García-Morales, Baquerizo y Losada, 2015. Port management and multiple-criteria decision making under uncertainty. Ocean Engineering, 104, 31-39. ▪ Garvine, 1991. Subtidal frequency estuary-shelf interaction: Observations near Delaware Bay. J. Geophys. Res. 96(C4) 7049-7064. ▪ Garvine R.W., Whitney M.M. (2006). An estuarine box model of freshwater delivery to the coastal ocean for use in climate models. Journal of Marine Research, 64 ,173-194. ▪ Gay, P. S., and J. O’Donnell (2007), A simple advection-dispersion model for the salt distribution in linearly tapered estuaries, J. Geophys. Res., 112 (C7), C07021. ▪ Hagy J.D., and Murrell M.C., 2007. Susceptibility of a northern Gulf of Mexico estuary to hypoxia: An analysis using box models. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 74, 239-253. ▪ Hansen, D. V., and M. Rattray (1966), Gravitational circulation in straits and estuaries, J. Mar. Res., 23, 104–122. ▪ Hetland, R., and W. Geyer, 2004. An idealized study of the structure of long, partially mixed estuaries*, J. Phys. Oceanogr., 34(12), 2677–2691. ▪ Huijtsa, Schuttelaars, De Swart y Friedrichs, 2009. Analytical study of the transverse distribution of along-channel and transverse residual flows in tidal estuaries. Continental Shelf Research, 29, 89–100. ▪ Ianniello, 1977. Tidally induced residual currents in estuaries of constant breath and depth, J. Mar. Res., 35, 755–786. ▪ Ianniello, 1979. Tidally induced residual currents in estuaries of constant breath and depth, J. Phys. Ocean., 9(5), 962–974. ▪ Jalón, Baquerizo y Losada, 2015. Optimization at different time scales for the design and management of a system of an oscillating water column to maximize the available pneumatic power.system. Submitted to Renewable Energy. ▪ Jay, D.A., and J.D. Smith (1990), Residual circulation in shallow estuaries: 2. Weakly stratified and partially mixed, narrow estuaries, J. Geophys. Res., 95, 733–748, ▪ Lahdelma, Salminen y Hokkanen, 2000. Using Multicriteria Methods in Environmental Planning and Management. Environmental Management, 26(6), pp. 595–605. ▪ Lahdelma y Salminen, 2001. Smaa-2: stochastic multicriteria acceptability analysis for group decision making. Operations Research, 49 (3), pp. 444–454.

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http://www.mendeley.com/catalog/using-potential-energy-anomaly-equation-investigate-tidal-straining-advection-stratification-region/

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) ▪ Lerczak, J.,W. Geyer, and D. Ralston , 2009. The temporal response of the length of a

partially stratified estuary to changes in river flow and tidal amplitude, J. Phys. Oceanogr., 39(4), 915–933. ▪ Liu, Zhao, Li y Shen, 2012. Optimal Reservoir Operation Using Stochastic Dynamic Programming. J. of Water Resource and Protection, 4, 342-345. ▪ López-Ruiz, Ortega-Sánchez, Baquerizo y Losada, 2012. Short and medium-term evolution of shoreline undulations on curvilinear coasts. Geomorphology, 159, 189-200. ▪ López-Ruiz A, Ortega-Sánchez M, Baquerizo A and Losada MA (2014). A note on alongshore sediment transport on weakly curvilinear coasts and its implications. Coastal Engineering 88, 143-153.▪ Losada, Baquerizo, Ortega-Sánchez y Ávila, 2011. Coastal Evolution, Sea Level and Assessment of Intrinsic Uuncertainty». J. of Coastal Research, 59(59), pp. 218–228. ▪ López-Ruiz A, Ortega-Sánchez M, Baquerizo A and Losada MA (2014). A note on alongshore sediment transport on weakly curvilinear coasts and its implications. Coastal Engineering 88, 143-153. ▪ Losada, Baquerizo, Ortega, Santiago y Sánchez, 2009. Socioeconomic and environmental risk in coastal and ocean engineering. Handbook of Coastal and Ocean Engineering. Ed.Y.C. Kim, Ch 33. Pp 923-952. World Scientific Publishing Co., ISBN: 978-981-281-929-1. ▪ Losada, Baquerizo, Ortega-Sánchez y Ávila, 2011. Coastal Evolution, Sea Level, and Assessment of Intrinsic Uncertainty. J. of Coastal Research, 218-228. ▪ Losada y Ruiz, 2010. Propuesta metodológica para diagnosticar y pronosticar las consecuencias de las actuaciones humanas en el estuario del Guadalquivir, Informe Técnico U2C11, Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (CSIC), Univ. de Granada y Córdoba. ▪ Macías, D., Ramírez, E., García, C.M., 2010. Effect of nutrient input frequency onthe structure and dynamics of the marine pelagic community: a modellingapproach. Journal of Marine Research 69, 119–151.▪ Marchi, 1990. Sulla stabilità delle bocche lagunari a marea, Rendiconti Lincei, 1,2, 137-150. ▪ McCarthy, R. K. (1993), Residual currents in tidally dominated, well-mixed estuaries, Tellus A, 45(4), 325–340. ▪ MacCready, P., 2004. Toward a unified theory of tidally-averaged estuarine salinity structure, Estuaries, 27(4), 561–570. ▪ Mendonça, Losada, Solari, Neves y Reis, 2012. Incorporating a risk assessment procedure into submarine outfall projects and application to Portuguese case studies. Coastal Engineering Proceedings, vol. 1, 33, management-18 ▪ Navarro, Gutiérrez, Díez-Minguito, Losada y Ruiz, 2011. Temporal and spatial variability of hydrological variables in Guadalquivir estuary through a real time telemetry network. Ocean Dynamics, 61(6), 753-765. ▪ Navarro, Huertas, Costas, Flecha,Díez-Minguito, Caballero, López-Rodas, Prieto y Ruiz (2012). Use of a real-time remote monitoring network to characterize the Guadalquivir estuary (Spain). Sensors 12, 1398-1421. ▪ Padilla, Díez-Minguito, Ortega-Sánchez, Genua-Olmedo y Losada, 2013. A thermal subtidal model for a well-mixed estuary based on field data. EGU General Assembly 2013, held 7-12 April, 2013 in Vienna, Austria, id. Geophysical Research Abstracts. EGU2013-435. ▪ Padilla, Díez-Minguito, Ortega-Sánchez y Losada, 2015. A subtidal model of temperature for a well-mixed narrow estuary: The Guadalquivir River Estuary (SW Spain). Submitted to Estuaries and Coasts. ▪ Prandle, D. (2004), Saline intrusion in partially mixed estuaries, Estuar. Coast. Shelf S., 59(3), 385–397. ▪ Pritchard, D.W., 1960. Salt balance and exchange rate for Chincoteague Bay. Chesapeake Science, 1(1), 48-57. ▪ Reyes-Merlo, Díez-Minguito, Ortega-Sánchez, Baquerizo y Losada, 2013. On the relative influence of climate forcing agents on the saline intrusion in a well-mixed estuary: Medium-term Monte Carlo predictions. J. of Coastal Research, 65, pp.1200-1205 ▪ Rockafellar y Wets, 1991. Scenarios and policy aggregation in optimization under uncertainty. Mathematics of Operations Research, 16(1), 119–147. ▪ Ruiz, J., D. Macías, M.A. Losada, M. Díez-Minguito, and L. Prieto, 2013. A simple biogeochemical model for estuaries with high sediment loads: Application to the Guadalquivir river estuary (SW Iberia). Ecological modelling, 265, 194-206.

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http://adsabs.harvard.edu/abs/2013EGUGA..15..435P

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) ▪ Ruiz, Polo, Díez-Minguito, Navarro, Morris, Huertas, Caballero, Contreras y Losada, 2014.

The Guadalquivir Estuary: A Hot Spot for Environmental and Human Conflicts in Environmental Management and Governance. Advances in Marine and Coastal Protection. Coastal Research Library, Vol. 8. Springer. ISBN: 978-3-319-06304-1. ▪ Sakar y Köksalan, 2013. A stochastic programming approach to multicriteria portfolio optimization. J. of Global Optimization. Vol. 57, Issue 2, pp 299-314. ▪ Santiago, 2006. Evolución Ambiental y Socioeconómica como Fundamento de la Ordenación Litoral, PhD Thesis, U. de Granada, Spain. 259 pp. ▪ Scully, M.E., and C.T. Friedrichs, 2007. Sediment pumping by tidal asymmetry in a partially mixed estuary, J. Geophys. Res., 112, C07028, ▪ Simpson, J.H, Brown, J., Matthews, J., Allen, G. 1990. Tidal straining, density currents, and stirring in the control of estuarine stratification, Estuaries, 13(2) 125-132. ▪ Simpson, J.H., Sharples, J., Rippeth, T.P, 1991. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 33(1) 23-35. ▪ Spaccamela, Rinnooy Kan, y Stougie,1984. Hierarchical vehicle routing problems. Networks, 14, 571–586. ▪ Solari y Losada, 2011. Non-stationary wave height climate modeling and simulation, J. Geophys. Res., 116, C09032 ▪ Solari y van Gelder, 2011. On the use of Vector Autoregressive (VAR) and Regime Switching VAR models for the simulation of sea and wind state parameters. Marine Technology and Engineering. CENTEC Anniversary Book. ▪ Solari y Losada, 2012. A unified statistical model for hydrological variables including the selection of threshold for the peak over threshold method. Water Resources Res. 48, 10, W10541. ▪ Talke, De Swart y Schuttelaars, 2009. Feedback between residual circulations and sediment distribution in highly turbid estuaries: An analytical model, Cont. Shelf Res., 29, 119–135. ▪ Tran, van de Kreeke, Stive y Walstra, 2012. Cross-sectional stability of tidal inlets: A comparison between numerical and empirical approaches. Coastal Eng. 60, 21-29. 2. HIPÓTESIS DE PARTIDA, OBJETIVO GENERAL Y ADECUACIÓN DEL PROYECTO A LAS ESTRATEGIAS DE INVESTIGACIÓN ESPAÑOLAS Y EUROPEA

2.1 Hipótesis de partida

Las investigaciones del equipo solicitante validan, como hipótesis de partida, que en el estuario del Guadalquivir, al igual que otros estuarios de la Andalucía atlántica,

(1) La circulación se realiza preferentemente por un canal principal débilmente convergente cuyo lecho y márgenes están formados por sedimentos cohesivos, ocasionalmente mezclados con arenas muy finas en el interior y gruesas en la desembocadura.

(2) Las masas de agua se encuentran bien mezcladas en vertical en régimen de aguas bajas, (aproximadamente el 85% de los días del año).

(3) A escalas de tramo (varios kilómetros) y submareal, los procesos de transporte y mezcla, están forzados principalmente por las corrientes residuales y el intercambio de masa y energía entre la cuenca vertiente (aguas abajo de la presa), el océano, la atmósfera y el lecho y las riberas. A estas escalas la variabilidad de los principales descriptores de estado hidro-morfodinámicos y biogeoquímicos, dependen de la competencia de, al menos, dos mecanismos (p.ej. erosión-floculación/sedimentación para la turbidez sedimento; transmisividad de la luz-disponibilidad de nutrientes para la productividad primaria; etc).

(4) En aguas bajas la evolución a largo plazo de los descriptores de estado morfodinámicos y biogeoquímicos, se manifiesta por una deriva muy lenta que se puede discretizar en “situaciones de equilibrio local” con duración suficiente (meses, estaciones, años). En ellas, la variabilidad espacio-temporal se puede analizar como perturbaciones alrededor de estados de equilibrio y permite establecer las relaciones entre las principales variables (e.g. el prisma de marea y el área de la sección) y cuantificar su magnitud.

(5) A escalas de tramo y submareal la productividad ecológica en el interior del estuario está limitada por la transmisión de la luz y, por tanto, por la turbidez (no por los nutrientes).

(6) En avenidas se pierde de forma súbita el equilibrio local. Cesada la causa, inicia su recuperación con una duración que depende de la secuencia aleatoria de los forzamientos

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) naturales (aleatorios) y de las actividades humanas (de gestión). La evolución de los

transitorios, se puede cuantificar modelando los mecanismos en competencia.

(7) La formulación del modelo integral de los procesos a escala semidiurna y de tramo permite considerar el sistema estuarino como uno forzado por diferentes agentes cuya respuesta puede medirse en términos de varios indicadores socioeconómicos y ambientales. Es posible así (1) diseñar estrategias de gestión óptimas que tengan en cuenta los requisitos de gestión y explotación y la aleatoriedad del sistema y (2) verificar el comportamiento de cada alternativa cuantificando el riesgo. 2.2 Objetivo general del proyecto

El objetivo general de esta investigación es el desarrollo, la implementación y la transferencia de un modelo que cuantifique de forma eficiente (1) los procesos hidro y biogeoquímicos del estuario como parte de los flujos de intercambio entre la cuenca, el oceano y la atmósfera, y (2) las consecuencias de las actuaciones para habilitar las actividades humanas en el estuario, principalmente el dragado del canal de navegación y la desembocadura, la ocupación de llanos mareales para suelo agrícola o industrial y el control de las descargas de agua dulce de la cuenca vertiente, incorporando en el proceso de toma de decisiones las opiniones de los principales agentes sociales que intervienen. 2.3 Adecuación del proyecto a las estrategias de investigación españolas y europea

El proyecto se propone en respuesta al reto social de proporcionar herramientas de fácil aplicación que permitan abordar cuestiones clave para la gestión de sistemas estuarinos y contribuir a la resolución de los conflictos y la crispación social ante determinadas actividades humanas en estuarios españoles siguiendo la legislación vigente y las directivas europeas que los conciernen (Directiva Marco del Agua 2000/60 y Directiva 2014/89 por la que se establece un marco para la ordenación del espacio marítimo). El reto al que se enfrenta se enmarca, por tanto, en el Reto 2 'Seguridad y calidad alimentaria; actividad agraria productiva y sostenible; sostenibilidad de recursos naturales, investigación marina y marítima' de la Estrategia del Plan Nacional 2013-2020 y de los objetivos del Programa Horizonte 2020 de la UE. 3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Para alcanzar el objetivo general y afrontar el reto social, se definen los siguientes objetivos:

(1) Profundizar en el conocimiento de los procesos hidrodinámicos y de transporte en el sistema estuario a escalas temporales semidiurna y submareal, y espaciales de tramo. Para ello se plantearán y se calibrarán con datos observados las correspondientes ecuaciones de balance que gobiernan a dichas escalas la dinámica fluvio-mareal y los flujos biogeoquímicos en el estuario así como las relaciones que ligan las variables entre sí.

(2) Plantear los objetivos de gestión y conservación del estuario a corto, medio y largo plazo, proponer las cuestiones clave y formular a las escalas de tiempo adecuadas los problemas de optimización estocástica correspondientes que proporcionen soluciones óptimas. Las soluciones habrán además de verificar las restricciones impuestas por los objetivos de gestión, bien por cuestiones legales y ambientales (por ejemplo, para el cumplimiento de la Dirrectiva Marco del Agua en temas de calidad de agua y estado ecólogico), o por aspectos socio-económicos (e.g. rendimiento de actividades portuarias o agrícolas).

(3) Implementar y validar una herramienta para la gestión integral y la toma de decisiones basadas en el conocimiento de los procesos, teniendo en cuenta múltiples criterios y cuantificando el riesgo que pueda transferirse a la administración y empresas.

(4) Abordar problemas concretos de gestión tales como los efectos de las actuaciones humanas (dragados, regulación de caudales, apertura/cierre de cortas y canales mareales) o el ascenso del nivel medio del mar.

(5) Finalmente, y como consecuencia de los anterioes, consolidar las líneas de investigación de los miembros del equipo solicitante y los grupos a los que pertenecen, en las áreas de conocimiento de procesos litorales, oceanografía biológica, modelado de ecosistemas, optimización y gestión integral de sistemas naturales e infraestructuras. 4. METODOLOGÍA Y PLAN DE TRABAJO

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) El planteamiento del proyecto y la formulación general se ilustran en la Figura 2 donde se

indican los procesos objeto de estudio de esta propuesta y las técnicas para su posterior incorporación en el modelo de gestión. La metodología a seguir se presenta de manera gráfica en la Figura 3, que muestra las relaciones entre las distintas tareas del proyecto.

4.1 Tareas, Hitos y entregables del trabajo

Tarea I. Recopilación, análisis y organización de la información disponible El fin que persigue esta tarea es revisar, actualizar y desarrollar una herramienta informática que contenga (1) toda la información disponible en una base de datos fácilmente accesible y elaborada hasta donde sea necesario para el proyecto, (2) los programas para su gestión, incluidos el análisis estadístico, la simulación de series temporales y (3) algunos programas ya implementados por los solicitantes para el postprocesamiento de datos. El equipo de investigación ya elaboró una herramienta de estas características, PROGE (Bramato et al. 2009), en los trabajos previos. Por ello, en esta tarea el programa se revisará y actualizará con la nueva información generada y, en particular, la información relacionada con las actividades socioeconómicas que se necesitan en la Tarea VII. Se incorporarán asimismo las técnicas estadísticas desarrolladas en los últimos tres años para el ajuste de cópulas y modelos de probabilidad mixtos estacionarios y no estacionarios (Solari y Losada, 2011, 2011 y 2012) y la toma de decisiones multicriterio en presencia de incertidumbre con el Método SMAA-2 (Lahdelma y Salminen,2001).

Consta de las siguientes subtareas relacionadas con los hitos especificados en 4.2: I.1: Actualización del PROGE. Desarrollo de un servidor en red para el equipo de investigación y volcado de toda la información disponible. I.2: Análisis crítico de la información: datos disponibles, faltas o fallos en la información. I.3: Búsqueda de nueva información, especialmente socioeconómica, análisis y, en su caso, incorporación a la base de datos I.4: Incorporación de las nuevas herramientas de modelos mixtos, cópulas y simulación I.5: Pruebas de la herramienta y explotación de la misma. I.6: Mantenimiento y actualización de la herramienta a lo largo del proyecto.

Evaluación crítica de dificultades y plan de contingencia: la tarea no presenta dificultad

Entregable: Software de gestión de datos y manual de usuario. Tarea II. Análisis de variables y escalas espaciales y temporales: procesos físicos y biogeoquímicos en el estuario y selección de tramos Se formularán las ecuaciones de balance de masa de agua, sal y sedimentos y de energía térmica, así como las que gobiernan los ciclos biogeoquímicos. Se impondrán condiciones de contorno y de acuerdo entre tramos adyacentes. El punto de partida serán las ecuaciones de la dinámica mareal (a primer orden y residual) según la formulación de Ianniello (1977, 1979) incorporando la variabilidad longitudinal de la sección transversal y la reflexión en cabecera. Se considerará asimismo el efecto de la variabilidad del campo de densidad en el flujo instantáneo y residual (McCarthy 1993). Se tramificará espacialmente el estuario en base al conocimiento actual de los procesos físicos. En particular, se tendrán en cuenta los trabajos previos de Diez-Minguito et al. (2013, 2014) y Reyes-Merlo et al. (2013). Los términos de las ecuaciones que gobiernan la evolución temporal de zoo- y fito-plancton, nutrientes, oxígeno disuelto, etc. que dependen a su vez de la turbidez, se modelarán siguiendo a Ruiz et al. (2013). Se usará la formulación de la energía potencial de Garvine y Whitney (2006) en términos de la densidad y los resultados obtenidos por Ruiz et al. (2015).

Se pondrá un cuidado especial en el modelado del coeficiente de dispersión turbulenta, por ser uno de los parámetros más significativos en la dinámica de estuario.

Consta de las siguientes subtareas relacionadas con los hitos especificados en 4.2: II.1 Análisis de las escalas espacio-temporales de las variables y de las interrelaciones. II.2 Derivación de las ecuaciones a primer orden y residual de la dinámica y procesos que gobiernan la hidro-morfodinámica del movimiento del fluido y los balances de sal, sustancias, energía potencial y térmica y procesos biogeoquímicos. II.3 Establecimiento de los regímenes conjuntos de los agentes o mecanismos que fuerzan el sistema y caracterización espacial y temporal de los procesos de intercambio.

Evaluación crítica de dificultades y plan de contingencia: La tarea no presenta dificultad

Entregables: Un artículo en una revista del SCI y una ponencia en congreso internacional.

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) Tarea III. Modelo de n-cajas del estuario

El fin de esta tarea es el establecimiento de las M ecuaciones de conservación que gobiernan la variación de las variables en cada una de las n-cajas, determinando un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias en las que los términos forzadores, aportadores o sumideros, pueden estar relacionados con las demás variables del problema. Siguiendo a Ianello (1977) y aplicando un método de perturbación se derivarán las ecuaciones de los movimientos de segundo orden incorporando las variaciones espaciales y temporales de la densidad. El esquema de De Boer et al. (2008) y los trabajos de Rice et al. (2008), y Ruiz et al. (2015) servirán de base para reformular las ecuaciones de la anomalía de la energía potencial y en ellas se incluirá la contribución de la concentración de material particulado en suspensión. Se incorporarán los efectos de la asimetría transversal como un resultado del promedio en anchura y en la longitud de la caja, de manera analítica (Huijts et al., 2009) o numérica (Cheng et al., 2011). La variación de la turbidez se planteará a partir del trabajo de Díez-Minguito et al. (2014), añadiendo de manera parametrizada las tasas de erosionabilidad, floculación y sedimentación. Los procesos biológicos precisarán reformular a escala de caja los modelos de Ruiz et al. (2013). Las ecuaciones de balance de energía térmica estarán basadas en el análisis previo realizado por Padilla et al. (2013, 2015). Por otra parte, las ecuaciones de conservación conllevan procesos de transporte y mezcla asociados al movimiento del fluido, entradas y salidas de agua, esencialmente debidas a la descarga fluvial y el flujo mareal, por las secciones aguas arriba y aguas abajo de cada una de las n-cajas. Aquellas deben ser las mismas para cada una de las sustancias y su resultante neta en el semiciclo mareal determina el prisma de marea.

Consta de las siguientes subtareas relacionadas con los hitos especificados en 4.2: III.1: Derivación de las ecuaciones al segundo orden (escala promedio-mareal) de las variables en cada caja, análisis de las interrelaciones, condiciones iniciales y de acuerdo. III. 2: Estudio de las características de los sistemas de ecuaciones resultantes (linealidad, rigidez) y análisis de posibles métodos de resolución según las escalas. III. 3: Implementación de los códigos para la resolución del sistema de ecuaciones. III.4: Calibración de los parámetros con series temporales medidas. III.5: Resolución del sistema de ecuaciones para condiciones de aguas bajas y amplitud de marea constante. Análisis de las soluciones de equilibrio y su estabilidad, tiempos de relajación en términos de la variabilidad espacial y temporal de los términos forzadores. III.6: Resolución del sistema para ciclos de mareas vivas y muertas, descargas fluviales variables en el tiempo y variaciones de la geometría de la caja. III.7: Implementación de cajas representativas de llanos mareales o apertura de caños. III.8: Análisis de correlaciones entre variables y simplificación del sistema de ecuaciones para su resolución a escala estacional y anual.

Evaluación crítica de dificultades y plan de contingencia: No hay acuerdo en la comunidad científica sobre la manera de formular algunos procesos relacionados con los sedimentos cohesivos. Además, la mayoría de las formulaciones están basadas en ensayos, que no cubren todos los rangos posibles de aplicación. Existe, por tanto, la posibilidad de que no se encuentre información sobre los valores de los parámetros para las condiciones en las que se precisa hacer el análisis en cada una de las cajas. Es posible asimismo que las series medidas tengan huecos o valores anómalos y no sea posible disponer de valores simultáneos de todas las variables, lo que dificultaría la calibración del modelo. En ambas situaciones se recurrirá a la literatura sobre estuarios similares y/o se consultará con otros grupos de investigación con los que se colabora habitualmente, las hipótesis a adoptar y los órdenes de magnitud de los parámetros. En cualquier caso se estudiará la sensibilidad de las ecuaciones a dichos valores así como la necesidad de estudiar diferentes ‘escenarios’ en caso de que las ecuaciones muestren un alto grado de sensibidad a las variaciones.

Entregables: Dos artículos en revistas del SCI y dos ponencias en congresos internacionales.

Tarea IV. Análisis de los datos socio-económicos y selección de criterios de decisión Esta tarea tiene como fin identificar los grupos con intereses en el estuario, estudiar los beneficios y efectos adversos que la adopción de una determinada estrategia de gestión puede tener para cada uno de ellos y formular las expresiones para cuantificarlas de manera individual y también global a través de una función de utilidad (vease Ladelma et al., 2000).

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) Se trabajará en la misma línea que Félix et al. (2012), para lo cual será preciso

realizar estudiar las variables en términos de las cuales pueden estimarse los beneficios. A modo de ejemplo, el beneficio para los ecosistemas adyacentes y las actividades pesqueras y marisqueras podría medirse a través del tiempo durante el cual la cantidad de nutrientes y luz disponible no son limitantes para la productividad primaria; las ganancias para el puerto podrían medirse en términos de los beneficios netos por la actividad portuarias (García Morales et al., 2015), medida a su vez a través de la operatividad (número de días al año en los que el calado del canal de navegación permite la entrada de buques de un determinado tipo); otros beneficios sociales y ambientales podrían medirse a través de la estabilidad de las playas adyacentes (Payo et al., 2006; Losada et al. 2009), etc.

Consta de las siguientes subtareas relacionadas con los hitos especificados en 4.2: IV.1: Identificación de los grupos con intereses en el estuario y selección de los criterios a tener en cuenta para medir los beneficios/efectos adversos que obtienen de su uso. IV.2: Análisis de las variables socio-económicas y propuesta de expresiones a través de las cuales estimar las consecuencias y formular las funciones de utilidad.

Evaluación crítica de dificultades y plan de contingencia: La tarea no presenta dificultad

Entregables: Un artículo en una revista del SCI y una ponencia en congreso internacional. Tarea V. Calibración de modelos de simulación de series uni- y multivariadas Esta tarea persigue la puesta a punto de los programas de simulación de las series univariadas o multivariadas que describen la variabilidad de los agentes forzadores durante periodos de tiempo de varios años teniendo en cuenta el carácter estacional. Se usarán los modelos propuestos por Solari y Losada (2011) para series univariadas y los de Solari y Losada (2012), Mendonça et al. (2012) y Solari y Van Gelder (2011) para multivariadas. Precisa realizar un análisis previo para estudiar la dependencia entre las distintas variables y la búsqueda de relaciones funcionales entre ellas.

Consta de las siguientes subtareas relacionadas con los hitos especificados en 4.2: V.1: Análisis conjunto de las variables que describen el forzamiento. Estudio de la dependencia entre las distintas variables y búsqueda de relaciones funcionales entre ellas. V.2: Ajuste de funciones de distribución marginales y, en su caso, de cópulas. V.3: Implementación del módulo de simulación de series temporales de las variables forzadoras del modelo de cajas y de sus respuestas.


Entregables: Software y manual de uso del módulo de simulación. Un artículo en una revista del SCI y una ponencia en un congreso internacional. Tarea VI. Formulación de estrategias de gestión e implementación de la solución de problemas de optimización estocástica El objetivo de esta tarea es proponer diferentes estrategias de gestión y formular los problemas de optimización estocástica correspondientes (funciones objetivo, variables de diseño y restricciones) a escalas temporales intra-anual (estacional), anual e interanual. Esta tarea precisa hacer simulaciones a diferentes escalas de las variables que definen los agentes forzadores y obtener con ellas la respuesta del sistema mediante el modelo de cajas. Esta información permitirá identificar los conflictos de usos y plantear estrategias de gestión siguiendo los trabajos de Santiago (2006) y Losada et al. (2009). A continuación, y utilizando las expresiones obtenidas en la tarea IV para cuantificar las consecuencias, se plantearán los problemas de optimización estocástica siguiendo la metodología planteada en Jalón et al. (2015). Para alternativas de gestión planteadas de manera global como una única actuación se recurrirá a la resolución de un problema buscando el óptimo del valor esperado y tomando como funciones de distribución conjuntas las inferidas de las simulaciones(Sakar and Köksalan, 2013; Jalón et al., 2015). Para variables discretas se seguirán los trabajos de Dempster et al. (1981) y Spaccamela et al. (1985). Los problemas lineales se descompondrán en problemas más simples (Birge, 1985; Rockefellar y Wets, 1991). Para la búsqueda de estrategias óptimas consistentes en la adopción de medidas correctoras, se tratará de buscar, en la media de lo posible, los óptimos como los de un problema de optimización dinámica estocástica (Bellman, 1957; Liu et al. ,2012).

Consta de las siguientes subtareas relacionadas con los hitos especificados en 4.2: VI.1: Identificación de los conflictos de usos y propuesta de estrategias de gestión

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) VI.2: Formulación matemática de las funciones objetivo y las restricciones aleatorias

VI.3: Resolución de los problemas de optimización estocástica

Análisis crítico de la dificultad y plan de contingencia: En los casos en los que la búsqueda de valores óptimos no pueda encontrarse de la manera indicada, se recurrirá a las técnicas de simulación y a la comparación de alternativas con métodos estocásticos multicriterio, siguiendo la metodología propuesta por Félix et al. (2012).

Entregables: Un artículo en una revista del SCI y una ponencia en congreso internacional. Tarea VII: Análisis del riesgo de estrategias de gestión de las descargas fluviales, dragado e inundación de llanos mareales

En esta tarea se propone explotar la herramienta de gestión con el fin de hacer un pronóstico de la tendencia del estuario con la gestión actual. Se analizarán asimismo las estrategias que se hayan obtenido como óptimas, y el riesgo asociado a cada una de ellas, entendido como análisis estadístico de las consecuencias. Además se estudiará la estabilidad morfodinámica a largo plazo (a escala de décadas) para cada una de las actuaciones mediante un modelo sedimentario sencillo basado en los trabajos de De Swart y Zimmerman (2009) y D'Alpaos et al. (2006). En concreto se abordarán las siguientes cuestiones: (1) Comparación de diferentes estrategias de dragado (periodicidad e intensidad de actuaciones, así como los tramos en los que dragar), (2) Regulación del caudal del río (distribución anual de descargas), (3) Apertura de caños e inundación de llanos mareales (ubicación, prismas locales de marea, desfase mareal)

Consta de las siguientes subtareas relacionadas con los hitos especificados en 4.2: VII.1: Análisis de la tendencia del estuario con la estrategia actual. VII.2: Análisis de estrategias de dragado. VII.3: Análisis de estrategias de regulación. VII.4: Análisis de estrategias de apertura de caños e inundación de llanos mareales. VII.5: Aanálisis comparativo de estrategias óptimas y de la estrategia actual.


Entregables: Un artículo en revista del SCI y 2 ponencias en congresos nacionales e internacionales. Tarea VIII: Divulgación de resultados La difusión del proyecto se considera como una actividad continua durante su desarrollo. Esta tarea pretende, organizar todas las actividades encaminadas a la difusión de los resultados que se obtengan en el proyecto.

Consta de las siguientes subtareas relacionadas con los hitos especificados en 4.2: VIII.1: Elaboración de una página web sobre el proyecto para su desarrollo y difusión, donde se incluirán los datos más relevantes (objetivos, metodología, resultados esperados). VIII.2: Creación de una plataforma de intercambio de archivos entre los investigadores para facilitar la colaboración. VIII:3. Redacción de un informe final en formato de monografía o libro. VIII.4. Publicación de artículos en revistas del SCI, ponencias en congresos nacionales e internacionales y redacción de trabajos de fin de máster y tesis doctorales.


Entregables: página web del proyecto, informe final en forma de monografía o libro, cuatro trabajos de fin de máster y una tesis doctoral. Así como los artículos en revistas del SCI y ponencias en congresos ya incluídos como entregables de las tareas previas. 4.2 Cronograma

La Figura 4 muestra el cronograma gráfico. Además, a continuación se indica, para cada tarea del plan de trabajo, el periodo de ejecución en meses (M), los hitos (H) y entregables (E), junto con las fechas correspondientes. Los responsables de la tarea y los participantes se indican con el siguiente código que toma las iniciales de sus nombre (se indica asimismo la filiación y la dedicación -TC, tiempo completo; TP, tiempo parcial- de cada uno de ellos al proyecto):

EQUIPO DE INVESTIGACIÓN

A TC (todos de la U. de Granada): A TP (de la U. de Granada):

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ABA: Asunción Baquerizo Azofra AMV: Agustín Millares Valenzuela LCP: Luis Cruz Pizarro JSZ: Juan M. Santiago Zaragoza BI: Becario de investigación

EQUIPO DE TRABAJO

A TC (todos de la U. de Granada): A TP:

ALR: Alejandro López Ruiz AVL: Arnoldo Valle-Levinson (U. de Florida) MDM: Manuel Díez Minguito DMM: Diego Macías Moy (J.R.C, EU) HdS: Huib de Swart (U. de Utrecth) JRS: Javier Ruiz Segura (ICMAN-CSIC) PMR: Pedro Magaña Redondo (U. Granada) SSC: Sebastián Solari Carranza(U. República) TI Recopilación, análisis y organización de información. Actualización del PROGE.

Responsable: AMV Participantes: BI- PMR-SSC-JSZ-ALR Per. ejecución:M1-M36

HI.1: Actualización informática del PROGE, M1-M3 HI.2: Análisis crítico de la información, M4-M6 HI.3: Búsqueda de nueva información, M1-M6 HI.4: Incorporación de las nuevas herramientas, M7-M9 HI.5: Pruebas y explotación, M10-M12 HI.6: Mantenimiento y actualización,M7-M36

EI.1: Software de gestión de datos y manual de usuario, M36 TII Análisis de las variables y de las escalas espaciales y temporales que intervienen en los procesos físicos y biogeoquímicos en el estuario y selección de tramos

Responsable:LCP-AMV Participantes:BI-ABA-MDM-HdS-AVL Per. ejecución: M1-M18

HII.1- Escalas espaciales y temporales de las variables y las relaciones entre ellas, M1-M6 HII.2- Ecuaciones al primer orden de los procesos físicos y biogeoquímicos, M4-M16 HII.3- Regímenes conjuntos, caracterización espacial y temporal, de los procesos, M17-M18

EII.1- Artículo 1 en revista SCI, M18 EII.2- Ponencia 1 en congreso internacional, M18 TIII Modelo de n-cajas del estuario

Responsable: ABA-AMV Participantes: BI-MDM-JRS-HdS Per. ejecución:M11-M30

HIII.1: Ecuaciones de gobierno, condiciones niciales y de acuerdo, M11-M18 HIII.2: Caracterización de los sistemas de EDO, M17-M24 HIII.3: Implementación de los códigos para la resolución de las ecs. M20-M27 HIII.4: Calibración de los parámetros con datos medidos, M28-M30 HIII.5: Soluciones de quilibrio y estabilidad en aguas bajas, M23-M24 HIII.6: Soluciones de quilibrio y estabilidad en avenidas, M23-M27 HIII.7: Implementación de llanos mareales, apertura de caños, M28-M30 HIII.8: Ecuaciones a escalas estacional y anual, M24-M30

EIII.1- Artículo 2 en revista SCI, M28 EIII.2- Artículo 3 en revista SCI, M30 EIII.3- Ponencia 2 en congreso internacional, M28 EIII.4- Ponencia 3 en congreso internacional, M30 TIV Análisis de datos socio-económicos, selección de criterios para el planteamiento de los problemas de optimización y definición de las funciones de utilidad

Responsable: JSZ Participantes: BI, ABA, AMV Per. ejecución: M5-M18

HIV.1: Identificación de grupos de interés, M5-M9 HIV.2: Análisis de variables socio-económicas. Propuesta de Criterios, M8-M18

EIV.1- Artículo 4 en revista SCI, M18 EIV.2- Ponencia 4 en congreso internacional, M18

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) TV Calibración de modelos de simulación de series uni- y multivariadas

Responsable: AMV Participantes: BI-SSC-PMR-ALR Per. ejecución: M8-M27

HV.1: Caracterización de variables. Independencia, interrelaciones, M8-M12 HV.2: Ajuste de funciones de distribución, M14-M18 HV.3: Implementación del módulo de simulación de variables, M25-M27

EV.1- Software y manual de uso del módulo de simulación, M27 EV.2- Ponencia 5 en congreso internacional, M27 TVI Formulación de estrategias de gestión e implementación de la solución de problemas de optimización estocástica

Responsable: ABA Participantes: BI-PMR-MDM-SSC Per. ejecución: M17-M30

HVI.1: Identificación de conflictos. Propuesta de estrategias, M17-M18 HVI.2: Formulación matemática de los problemas de optimización, M17-M24 HVI.3: Resolución de los problemas de optimización, M20-M30

EVI.1- Artículo 5 en revista SCI, M30 EVI.2- Ponencia 6 en congreso internacional, M30 TVII Análisis de riesgo de estrategias óptimas de gestión

Responsable: ABA-LCP Participantes: MDM-JRS-HdS Per. ejecución: M26-M33

HVII.1: Pronóstico de la tendencia con la estrategia actual, M26-M27 HVII.2: Análisis del riesgo de estrategias de dragado, M26-M30 HVII.3: Análisis del riesgo de de estrategias de regulación, M28-M33 HVII.4: Análisis del riesgo de apertura de caños e inundación de llanos mareales, M31-M33 HVII.5: Análisis comparativo del riesgo de estrategias óptimas, M31-M33

EVII.1- Artículo 6 en revista SCI, M33 EVII.2- Ponencia 7 en congreso nacional e internacional, M33 TVIII Divulgación de resultados

Responsable: ABA Participantes: Todos Per. ejecución: M1-M36

HVIII.1: Página web del proyecto, M1-M36 HVIII.2: Plataforma de intercambio, M1-M2 HVIII.3: Informe final en formato de monografía, M31-M36 HVIII.4: Publicación de artículos, ponencias, redacción de tesis y tesinas, M12-M36

EVIII.1- Página web, M36 EVIII.2- Plataforma de intercambia de archivos, M2 EVIII.3- Trabajos de fin de máster, M12, M24,M24, M36 EVIII.7- Tesis doctoral, M36 EVIII.8- Informe final en forma de monografía o libro, M36 5 Descripción de los materiales, infraestructuras y equipamientos singulares a disposición del proyecto A raíz de la puesta en marcha de dos convenios 8 y 9 incluídos en B.2 y en el marco del proyecto 7, se han realizado campañas para la monitorización en tiempo real de las principales variables que gobiernan la hidrodinámica y la ecología del estuario del Guadalquivir (Navarro et al. 2011, 2012). Esta información se ha completado con los muestreos mensuales in-situ del agua, con campañas intensivas de monitorización en secciones transversales y con una extensa recopilación de información disponible en las bases de datos de las administraciones públicas regionales y estatales. Respecto a las medidas en la zona de estudio, se tiene una disponibilidad de datos entre 2008-2010 de más del 97% en las posiciones de la Figura 1, para las variables ambientales y dinámicas indicadas en la Tabla 1, a saber, temperatura, conductividad, oxígeno disuelto, turbidez, fluorescencia clorofílica, velocidad y dirección del viento, temperatura del aire, insolación, presión atmosférica, humedad relativa del aire, corriente y nivel. Esta red ha permitido caracterizar la circulación y el transporte de sustancias longitudinales al cauce principal.

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) Además, para caracterizar la circulación secundaria se han llevado a cabo campañas

intensivas de monitorización en secciones transversales concretas mediante sondas de calidad ambiental y correntímetros perfiladores arrastrados por una embarcación ligera con un sistema de posicionamiento GPS. Estos datos, junto con los proporcionados por diferentes administraciones públicas (Junta de Andalucía, Puertos del Estado, MAGRAMA, Estación Biológica de Doñana), se gestionan con una herramienta desarrollada ex profeso en entorno grafico de MatlabTM (Bramato et al., 2009). Este sistema, que fue desarrollado de forma conjunta por las Universidades de Granada, Córdoba y el ICMAN-CSIC, se basa en la adquisición telemática de todos los datos disponibles y procesado y racionalización de la información. Se dispone, por tanto, de información relevante para poder abordar los objetivos del proyecto, así como analizar cuestiones claves para la gestión y conservación del estuario del Guadalquivir (y otros sistemas de características similares), tales como los efectos de las actuaciones humanas (dragados, regulación de caudales, apertura/cierre de cortas y canales mareales) o el ascenso del nivel medio del mar. C2. Impacto esperado de los resultados (máx. 3500)

1. IMPACTO CIENTÍFICO-TÉCNICO SOCIAL Y/O ECONÓMICO La propuesta aborda de manera especializada, pero desde una perspectiva multidisciplinar, la gestión integral de una zona de gran valor ambiental y socioeconómico para Andalucía y para España. Se enmarca en el segundo de los retos identificados en la Estrategia Española de Ciencia y Tecnología y de Innovación, y en concreto en la prioridad VIII. Investigación marina, donde se menciona expresamente la planificación marítima espacial y gestión integrada y la compatibilidad de usos de los mares y de las zonas costeras. La justificación, pertinencia y los objetivos del proyecto de investigación son además concordantes con lo dispuesto en las Directivas 2000/60 por la que se establece un marco comunitario de actuación en el ámbito de la política de aguas y 2014/89 por la que se establece un marco para la ordenación del espacio marítmo. Otros beneficios residen en la capacidad formativa del proyecto y su carácter aplicado que permitirá que los resultados del proyecto sean transferidos de forma directa a la Administración, que podrá basar sus decisiones en el conocimiento científico técnico, contribuyendo a solventar los conflictos y la crispación social ante determinadas actividades humanas en el Guadalquivir y otros estuarios españoles. Finalmente, el proyecto servirá de apoyo a las líneas de investigación Procesos y evolución de los sistemas litorales y Gestión integral de infraestructuras y recursos atmosféricos y marinos’ del programa de doctorado Dinámica de flujos biogeoquímicos y sus aplicaciones. 2. PLAN DE DIFUSIÓN E INTERNACIONALIZACIÓN La diseminación de resultados (Tarea VIII) se realizará a los niveles nacional/internacional, docente/científico/de divulgación y de transferencia. En concreto, (1) se publicarán los resultados en revistas del SCI y se presentarán en congresos nacionales (e.g. Jornadas de Puertos y Costas) e internacionales de reconocido prestigio (p.e. PECS, ICCE, Coastal Dynamics), (2) se elaborará un informe final para diseminar de los resultados entre instituciones, empresas y prensa. Dos nodos importantes en el plan de internacionalización son los profesores Valle Levinson (U.Florida), de Swart (U.Utrecht) y Solari (U. de la Republica, Uruguay), que han mostrado su compromiso con el proyecto e interés en aplicar la misma metodología en otros estuarios europeos y estadounidenses, respectivamente. 3. TRANSFERENCIA DE RESULTADOS A comienzos del proyecto se contactará con la Estación Biológica de Doñana-CSIC y la Demarcación de Costas de Andalucía Atlántica, que ya han mostrado su interés en el proyecto para fomentar su implicación como usuarios finales del conocimiento que en él se genere. Las ingenierías PROES y SENER han mostrado asimismo interés en conocer y utilizar las herramientas de simulación, gestión y toma de decisiones.

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MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) Al final del proyecto se organizará un ciclo de cursos cortos sobre la gestión del

Guadalquivir y su potencial aplicación a otros estuarios. Se invitará al personal técnico de los organismos públicos y privados con intereses en la gestión de sistemas naturales. Los resultados también se difundirán en La noche Europea de los Investigadores, organizada anualmente en la UGR, con el fin de estimular el interés por la investigación en este área, en especial entre los jóvenes. C3. Capacidad formativa del equipo solicitante

El equipo de investigación y varios de los miembros del equipo de trabajo participan en:

(1) el Programa de Doctorado Dinámica de los Flujos Biogeoquímicos y sus Aplicaciones, verificado según el RD9/2011, que procede del programa del mismo nombre que tiene concedida la mención hacia la excelencia del Ministerio de Educación (BOE 253, 20/10/2011), con la máxima puntuación de los programas de la Universidad de Granada (98 sobre 100). http://doctorados.ugr.es/dinamicaambiental

(2) el Máster en Hidráulica Ambiental, que se implantó en el curso académico 2006-2007 (BOE 157, 3/7/2006). Disfruta de la Mención de Calidad desde la primera convocatoria que se implantó, y su verificación ha sido informada favorablemente en marzo de 2013 por la Agencia Andaluza del Conocimiento. http://masteres.ugr.es/hidraulicaambiental Ambos son programas interuniversitarios que facilitan y promueven la movilidad tanto de los alumnos como de los profesores, lo que ha permitido el establecimiento de numerosas colaboraciones con centros de investigación españoles y extranjeros. El seguimiento de los egresados tras concluir sus programas formativos (Apdo. C3.3) muestra que los conocimientos adquiridos les han permitido alcanzar puestos en el mercado laboral acordes a la formación adquirida. En el marco de estos programas se imparten todos los años seminarios específicos impartidos por investigadores de reconocido prestigio que contribuyen a la formación de los doctorandos. Se destaca asimismo la organización de cursos cortos impartidos por expertos, como el que se celebrará del 9 al 17 de junio de 2016 en Granada bajo el título “Estuarine and nearshore systems: From Fundamentals to Cutting-edge”, por las Universidades de Granada y Utrecht, financiado por el CeIMAR. 1. PLAN DE FORMACIÓN PREVISTO El proyecto tiene carga de trabajo en relación con (1) el procesamiento y análisis de datos, (2) el modelado de procesos, (3) la formulación y resolución de problemas de optimización y (4) la gestión integral y la toma de decisiones en presencia de incertidumbre. Se trata, por tanto, de un proyecto que puede contribuir a que el becario que se solicita adquiera una formación completa, multidisciplinaria y rigurosa. 2. RELACIÓN DE TESIS REALIZADAS O EN CURSO EN LOS ÚLTIMOS 10 AÑOS Se indican a continuación las tesis dirigidas o en curso por miembros del equipo de investigación y algunas representativas de las del equipo de trabajo.

Tesis dirigidas o en curso por miembros del equipo de investigación

▪ Caracterización de sólidos en suspensión en el estuario del guadalquivir a escala de modelado. Miriam Carpintero García, 28/04/2015. ▪ Gestión de zonas costeras con técnicas estocásticas multicriterio. Félix Delgado, A. 29/09/2013. ▪ Physical and ecological processes in el Gergal reservoir (Seville): effects on water quality. Rigosi, Anna.14/01/2011 ▪ Generación y propagación de ondas internas en el estrecho de Gibraltar: efectos 3D y de rotación. Sánchez Garrido, José C. 23/09/2009. ▪ Lagunas litorales intermitentes en Andalucía. Un modelo para la gestión. Moreno Aranda, Isabel Maria. 15/12/2008. ▪ Efectos en la dinámica marina de las pulsaciones atmosféricas y la fricción en el fondo Doctorando. Quevedo Baquerizo, Elena. 19/12/2007. ▪ Circulation of the Rules reservoir induced by atmospheric forcing. Mans, C. 16/12/2008. ▪ Comportamiento aeordinamico de un sistema ahuyenta aves y estudio de campos de viento sobre topografía compleja. Cuesta Cañas, Juan A. 16/12/2008.

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http://doctorados.ugr.es/dinamicaambiental

http://masteres.ugr.es/hidraulicaambiental

MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DE PROYECTOS INDIVIDUALES (TIPO A o B) ▪Procesos de multiple escala en la evolución en la línea de costa. Ávila Armella, A.

19/12/2007. ▪ Modelo para el estudio de las consecuencias de las intervenciones en el estuario del río Guadalquivir. Cobos Budia, Manuel. Fecha prevista: junio, 2018. ▪ Estudio de la interacción del viento con instalaciones de captación de energía solar y su influencia en los criterios de diseño. Rodríguez Folgueras, P. Fecha prevista: junio, 2016. ▪ Diseño óptimo de un sistema de aprovechamiento de la energía del oleaje y gestión integral a diferentes escalas de tiempo. Jalón Ramírez, L. Fecha prevista: diciembre, 2015. ▪ Implicaciones de la variabilidad espacial y temporal de la anomalía de la energía potencial en el estuario del Guadalquivir. Ruiz Parrado, I. Fecha prevista: septiembre, 2016. ▪ Modelado integral de la actividad portuaria. Optimización conjunta de la operatividad y la seguridad. Garcia Morales, Rafael. Fecha prevista: diciembre, 2015. ▪ Modelo de respuesta costera a forzamientos ambientales. Herramienta para la delimitación del dominio público marítimo-terrestre. García Contreras, D. Fecha prevista: mayo, 2016. ▪ Aplicación informática para la integración de materias como partes de un proyecto en estudios superiores de Edificación. Visión global y realidad del proceso de Edificación. Garrido Medina, Lucía Azahara. Fecha prevista: marzo, 2017.

Algunas tesis dirigidas o en curso por miembros del equipo de trabajo ▪ Modelado de procesos y estimación de incertidumbre en la dinámica de recursos pesqueros: análisis mediante técnicas bayesianas. Rincon Hidalgo, M. M. 18/02/2015. ▪ Ciclo vital y metabolismo del escifozoo cotylorhiza tuberculata (Macri, 1778): elementos de control sobre su dinámica poblacional. Astorga García, Diana. 13/07/2012. ▪ Continuosly stratified flow dynamics over a hollow. Salas Monreal, David. 27/09/2006. ▪ On effects of offshore sand extractions, storm intensity and chronology, sea level rise and coastal retreat on the dynamics of large-scale ridges on the continental shelf. Abdel, Nnafie 13/07/2014. ▪ Temporal variations of vertical mixing across a coastal plain estuary. Arnott, Kimberly Dawn. 11/05/2013. ▪ A new method for separating surface gravity waves from adcp measumerements. Winant, Chloé Daisy. 07/12/2011. ▪ Modeling of wind driven interaction at the estuary/ocean transition. Jungwoo, Lee 1/08/2010. ▪ The influence of nonlinear advection and tidal asymmetries on estuarine exchange flow Basdurak, Nuvit. 10/08/2010. ▪ Modelling the dynamics of waves and currents, as well as the generation of sand bars in the nearshore zone. Mauro, Pau. 23/01/2008. ▪ Efectos Biológicos de la mezcla interfacial y los procesos hidrodinámicos mesoescalares en el estrecho de Gibraltar. Macías Moy, Diego. 19/05/2006. 3. BREVE DESCRIPCIÓN DEL DESARROLLO CIENTÍFICO O PROFESIONAL DE LOS DOCTORES EGRESADOS

▪ Dr. Sergio Luiz Rodrigues Da Silva, Gerente Agrícola en Usina Santa Adelia ▪ Dra. Miriam Carpintero García investigadora contratada (Universidad de Córdoba) ▪ Dr. Enrique Moreno Ostos, Profesor contratado doctor en UMA (Universidad de Málaga) ▪ Dra: Rigosi, Anna, Instituto del Agua en UGR (Universidad de Granada) ▪ Dra. Elena Quevedo Baquerizo, Ingeniera Especialista en Proyectos Portuarios, SENER, ▪ Dr. Alberto Avila Armella, Senior Project Manager at ScottishPower ▪ Dra. Isabel M. Moreno Aranda, Contratada en I+D en el CEDEX ▪ Dr. Christian Mans, Ingeniero en Oritia & Boreas ▪ Dr. Cuesta Cañas, Juan Antonio, Director en Eco Raíl, MAGTEL Proyectos y Concesiones ▪ Dr. José Carlo Sánchez Garrido, Investigador Postdoc en GOFIMA (U. de Málaga) ▪ Dra. A. Félix Delgado, Jefe de proyecto en Comisión Federal de Electricidad (México) ▪ Dra. Diana Astorga García, Bióloga, CSIC ▪ Dr. Gabriel Navarro Almendros, Científico titular del CSIC ▪ Dr. Alfonso Sánchez Lamadrid Rey, Director del CICEM ‘El Toruño’ ▪ Dr. Diego Macías Moy, JRC, Insitute for Environment and Sustainability, EU

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Variable Nº estaciones Observaciones Corriente 11 5 en plataforma y 6 en estuario. Medidas en toda la columna

de agua (equipos α y δ) Nivel 15 5 en plataforma y 10 en el interior del estuario (equipos β y δ ) Temperatura 29 8 de ellas ubicadas en el interior del estuario muestrean los

4m más superficiales de la columna de agua (equipos ϒ) Conductividad 8 Miden en los primeros 4m de la columna de agua (equipos ϒ) Oxígeno disuelto 8 Miden en los primeros 4m de la columna de agua (equipos ϒ) Turbidez 8 Miden en los primeros 4m de la columna de agua (equipos ϒ) Fluorescencia 8 Miden en los primeros 4m de la columna de agua (equipos ϒ) Velocidad del viento 1 Referencia a 10m. Estación meteorológica Salmedina. Dirección del viento 1 Referencia a 10m. Estación meteorológica Salmedina. Temperatura del aire 1 Referencia a 10m. Estación meteorológica Salmedina. Presión atmosférica 1 Referencia a 10m. Estación meteorológica Salmedina. Radiación 1 Referencia a 10m. Estación meteorológica Salmedina. Humedad relativa 1 Referencia a 10m. Estación meteorológica Salmedina.

Tabla 1. Medidas de la red de monitorización (vease ubicación de instrumentos en Figura 1)

Figura 1. Red de monitorización instalada en el estuario del río Guadalquivir

Figura 2. Planteamiento y formulación general del proyecto

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Figura 3. Esquema de la metodología propuesta y relaciones entre las tareas del proyecto

Figura 4. Cronograma gráfico

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NO SE ACEPTARÁN NI SERÁN SUBSANABLES MEMORIAS …arnoldo/ftp/laptop/... · *Alteraciones humanas...

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