Modelización y aprendizaje automático para la gestión sostenible de recursos hídricos en regiones mediterráneas

“La integración de modelos hidrológicos y de calidad del agua, junto con el uso de técnicas avanzadas como el aprendizaje automático, proporciona una herramienta poderosa para la gestión sostenible y holística de recursos hídricos en regiones mediterráneas y otras áreas vulnerables a la contaminación e impactos del cambio climático”. Esta es la principal conclusión obtenida por Diana Dorado Guerra en su tesis doctoral: “Modelización integrada con aprendizaje automático para evaluar la contaminación por nutrientes en las masas de agua actual y bajo el efecto del cambio climático. Aplicación a la Demarcación Hidrográfica del Júcar”, que ha sido dirigida por los investigadores del Grupo de Ingeniería de Recursos Hídricos del IIAMA-UPV, Javier Paredes y Miguel Ángel Pérez. 

La investigación aborda la interacción entre el agua superficial y subterránea, esencial en la gestión de recursos hídricos en regiones mediterráneas, mediante la integración de modelos hidrológicos distribuidos como PATRICAL y modelos de calidad del agua como RREA.

“Esta integración de modelos proporciona una herramienta valiosa para entender y predecir la dinámica del ciclo hidrológico y la contaminación en las cuencas hidrográficas. Además, la aplicación de algoritmos de aprendizaje automático permite simular e identificar variables influyentes en la concentración de nutrientes”, afirma explica la Dra. Dorado Guerra.

Trabajo y conclusiones

El estudio caracteriza la contribución de nutrientes a las masas de agua superficiales de la Demarcación Hidrográfica del Júcar (DHJ), la evaluación de medidas de reducción de la contaminación difusa y puntual teniendo en cuenta los efectos del cambio climático a largo plazo, y la aplicación de técnicas de aprendizaje supervisado para la simulación de la concentración de nutrientes. 

Para ello, toma como referencia una amplia fuente de datos de información provenientes de AEMET, redes hidrográficas, instalaciones de suministro y demanda de agua, mediciones de concentración de nutrientes y características de los vertidos procedentes del Sistema de Información del Agua de la CHJ. 

“Los resultados resaltan la importancia de las fuentes de contaminación difusa, especialmente la agricultura intensiva, en la calidad del agua superficial, destacando la necesidad de implementar medidas específicas para controlar la contaminación por nitratos. Además, la correlación directa entre las concentraciones de nitratos en ríos y acuíferos, especialmente en cuencas mediterráneas donde los caudales subterráneos tienen una contribución significativa, subrayan la necesidad de tener en cuenta la interacción río-acuífero en la gestión del agua”, destaca la investigadora del IIAMA durante su etapa predoctoral.

En este sentido, indica que los modelos demuestran su capacidad para clasificar las masas de agua en categorías de buen o mal estado, lo que proporciona información valiosa para la toma de decisiones en políticas de conservación y regulación ambiental.

“La integración de aguas superficiales y subterráneas en la planificación hidrológica es esencial para identificar las presiones principales y dirigir acciones hacia la mejora del estado del recurso hídrico. Este enfoque holístico es fundamental para garantizar la sostenibilidad a largo plazo de los sistemas hidrológicos en las cuencas hidrográficas afectadas”, destaca Diana Dorado. 

Impacto del cambio climático sobre las aguas superficiales de la DHJ

Además, el estudio muestra los diversos impactos que el cambio climático podría tener sobre la calidad del agua superficial en la Demarcación Hidrográfica del Júcar (DHJ). 

“Aunque se espera un aumento moderado en las concentraciones de nitrato, el modelo proyecta un incremento significativo en las concentraciones de fósforo, amonio y DBO5 en un futuro. Por ello, si reducimos la contaminación difusa en un 25% y la contaminación puntual en un 50% podríamos mantener las condiciones actuales de calidad del agua frente al cambio climático en el largo plazo”, sostiene la Dra. Dorado Guerra. 

No obstante, la previsible disminución de caudales aumentará la concentración de contaminantes en el agua, por lo que se requerirán acciones adicionales para preservar el buen estado de las masas de agua superficiales y subterráneas.