| Title: | Bridging the gap between hydrological and biogeochemical processes in a high Andean catchment: a comprehensive tracer-aided model framework |
| Authors: | Pesántez Vallejo, Juan Patricio |
| metadata.dc.contributor.advisor: | Crespo Sánchez, Patricio Javier |
| metadata.dc.contributor.tutor: | Birkel, Christian
Célleri Alvear, Rolando Enrique |
| metadata.dc.description.uri: | 0000-0001-5126-0687
0000-0002-6792-852X
0000-0002-7683-3768 |
| metadata.dc.subject.other: | CIUC::Ciencias de la Tierra::Hidrología::Hidrobiología |
| Keywords: | Ingeniería Civil
Modelación de trazadores
Carbono orgánico |
| Issue Date: | 29-Sep-2023 |
| metadata.dc.format.extent: | 165 páginas |
| Publisher: | Universidad de Cuenca |
| Abstract: | The Andean mountains satisfy the vital needs of the Andean population and its lowlands.
However, they are projected to experience significant impacts attributed to land-use change
and climate change. Despite our understanding of the hydrology in these areas, to date, there
has been no modeling framework that incorporates direct data acquisition, simple models, and
extends to a distributed modeling framework. Such a framework should be able to elucidate
hydrological and biogeochemical processes in a manner comprehensible to decision-makers.
Therefore, the primary objective of this thesis is to spatially and temporally assess the
production and distribution of water and dissolved organic carbon (DOC) in a páramo
catchment using tracer-aided models. To achieve this, we have monitored
hydrometeorological and biogeochemical parameters, as well as water stable isotopes. In
combination with field observations and perceptual knowledge of these catchments, we
evaluated them within a comprehensive hydrological modeling framework. We found that DOC
and other solutes can be estimated through in-situ spectrometry. Using these solutes as
tracers made it possible to compare different hydrological pathways and was the only way to
identify that streamflow response consisted of near-surface rapid flow, more mixed flow
through the two main soil types, as well as flow from shallow fractured rock, especially under
base flow conditions. Based on the hydrological processes found, a new module was
developed to simulate DOC production and incorporate it into a spatially distributed
hydrological model at a high spatial (10 x 10 meters) and temporal (1 hour) resolution. This
model allowed us to identify DOC hots pots and hot moments. The results showed increased
hydrological connectivity between hillslopes and valleys with increasing precipitation. Wetter
conditions also favored DOC production, especially in valleys (Histosols), and DOC transport
to the river. Our findings suggest that minor changes in meteorological conditions directly
affect water dynamics in páramo soils and its biogeochemistry. These conclusions will enable
informed decisions to be made regarding water security, taking into account the effect of
carbon loss from the soils to the rivers in the páramo. |
| Description: | Las montañas de los Andes son vitales para el abastecimiento de agua en población andina
y sus tierras bajas. Sin embargo, se proyecta que sufran impactos significativos atribuidos al
cambio de uso de suelo y al cambio climático. A pesar de lo que se conoce sobre la hidrología
de estas áreas, a la fecha no se ha desarrollado un esquema de modelación que incluya la
adquisición directa de datos, modelos simples, y se extienda a un marco de modelación
distribuida. Un esquema que pueda revelar procesos hidrológicos y biogeoquímicos de
manera comprensible para los tomadores de decisiones. Por lo tanto, el objetivo principal de
esta tesis es evaluar espacial y temporalmente la producción y distribución de agua y carbono
orgánico disuelto (DOC) en una cuenca de páramo usando modelos asistidos por trazadores.
Para lograrlo, hemos monitoreado parámetros hidrometeorológicos, biogeoquímicos e
isotopos estables de agua a alta resolución. Esto junto con observaciones de campo y el
conocimiento perceptual de estas cuencas, se evaluó en un marco de modelación hidrológica
integral. Se encontró que se puede estimar DOC y otros solutos a través de la espectrometría
in-situ. El uso de estos solutos como trazadores hizo posible comparar diferentes estructuras
hidrológicas y fue la única forma de identificar que la respuesta del caudal consistió en un
flujo rápido cerca de la superficie, flujo más mezclado a través de los dos principales tipos de
suelo, así como flujo desde la roca fracturada superficial especialmente en condiciones de
flujo base. Basados en los procesos de la cuenca se programó un nuevo módulo para simular
la producción de DOC e incluirlo en un modelo hidrológico espacialmente distribuido de alta
resolución espacial (10 x 10 metros) y temporal (1 hora). Este modelo permitió identificar
áreas y momentos de mayor producción de DOC. Los resultados mostraron una mayor
conectividad hidrológica entre las laderas y los valles con el aumento de la precipitación. Las
condiciones más húmedas también favorecieron la producción de DOC, especialmente en los
valles (Histosoles) y su transporte al río. Nuestros resultados sugieren que cambios menores
en las condiciones meteorológicas afectan directamente la dinámica del agua en el suelo del
páramo y su biogeoquímica. Estas conclusiones permitirán que se tomen decisiones
acertadas sobre la seguridad hídrica tomando en cuenta el efecto que tiene la pérdida de
carbono desde los suelos a los ríos en el páramo. |
| URI: | http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/42958 |
| metadata.dc.relation.ispartof: | TPHD;23 |
| metadata.dcterms.description: | Doctor (PhD) en Recursos Hídricos |
| Appears in Collections: | Tesis Doctoral/PHD
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