Análisis del sistema hidrográfico nacional mediante redes complejas

Resumen

El objeto de esta tesis es el análisis de la estructura y comportamiento del sistema hidrográfico natural de España, mediante herramientas de redes complejas y recurriendo al concepto de unidad de cuenca hidrográfica. De esto se derivan objetivos más específicos como conocer la interconectividad entre las diferentes cuencas y su repercusión en los desequilibrios pluviométricos en un escenario de cambio climático, modelar una cuenca hidrográfica y analizar la centralidad de sus elementos desde el punto de vista hidrológico y medioambiental y estudiar la proliferación de pozos y su afección en las aguas subterráneas al objeto de evitar la sobreexplotación de acuíferos y establecer una gestión más racional. La metodología utilizada se basa en el análisis de redes complejas usando medidas de caracterización de red, índices de centralidad generales y, como aportación de esta tesis, diversos índices específicos a las aplicaciones hidrológicas estudiadas. La investigación se ha desarrollado en tres escalas distintas de estudio: país, cuenca y acuífero. Así, el análisis de redes complejas ha permitido describir y caracterizar la red de cuencas hidrográficas de España, interconectadas gracias a los trasvases, determinando nodos out star, revelando las cuencas cedentes y receptoras con ayuda del estudio del grado, la fuerza, la disasortatividad y la determinación de la estructura de comunidades. Así se obtiene una perspectiva holística del sistema hidrográfico nacional, descubriendo una red poco densa, de gran diámetro y baja eficiencia, lo cual es lógico dado el alto coste de los trasvases. La red tiene una estructura en comunidades donde hay ciertos nodos con alto betweenness (reflejo de los desequilibrios hidrográficos del país) y que puede arrojar luz sobre cómo y dónde pueden ser necesarios nuevos trasvases para reducir los efectos del cambio climático. Por lo que respecta a la cuenca hidrográfica del Guadalquivir, se ha modelado como una red escasamente conectada y con características de tipo small world, con un gran diámetro y baja eficiencia, donde la distribución del grado sigue una ley de potencia, típica de redes de escala libre por su característica topológica. Los índices de centralidad permiten, entre otros, determinar puntos clave en los episodios de inundación, cada vez más potentes con el cambio climático. Además, se ha desarrollado un nuevo índice de centralidad de impacto ambiental por la propagación de contaminantes, el cual permite identificar los puntos críticos y poder actuar sobre ellos. Por último, para el análisis de las captaciones de agua subterránea en el entorno del Parque Nacional de Doñana se ha construido una red de influencia entre captaciones con pesos asociados a los arcos. Se ha detectado, entre otros aspectos, el importante papel de las componentes, de la fuerza de los nodos y del eigenvector centrality. También se han desarrollado dos índices de centralidad específicos, uno que mide la influencia que una captación ejerce sobre sus vecinos y otro que mide cómo se afecta una captación por su entorno, permitiendo disponer de una herramienta para una gestión más racional del acuífero.