Scale-dependent patterns of hydrological, chemical, and ecological descriptors in an intensively managed Mediterranean river

Abstract

ENG- This doctoral thesis uses a multiscale approach aiming to understand how climate change and anthropogenic pressures impact the hydrology of an intermittent river and how this, in turn, determines the patterns of nutrient concentrations and primary producers throughout the basin. The research combined long-term data analysis with field monitoring and hydrological modeling, taking the Onyar River basin (Girona, ES) as a case study. This basin is representative of the situation in other Mediterranean basins and provides us with insights into how they respond to the interaction between intermittency and human activities. The results of this thesis reveal that, due to climatic and anthropogenic factors, the studied river system experiences persistent low-flow conditions and an increase in nutrient loads. At the basin scale, flow contraction associated with these low flows decreases dilution capacity. Likewise, the spatial distribution of human pressures and groundwater contributions govern the cumulative export of nutrients and ecosystem functioning. The latter manifests in the generation of nutrient "hotspots" and in elevated concentrations of suspended chlorophyll. Crucially, it was demonstrated that at the sampling site scale (segment), the effects of low flows on nutrient concentrations can differ significantly from the patterns observed at the basin scale, highlighting variable responses. Consequently, scale emerges as a fundamental concept for understanding the complex response of intermittent rivers in water-scarce regions. These findings, obtained through an integrative approach, underscore that the explicit consideration of multiscale dynamics is crucial for developing more effective and sustainable water management strategies in Mediterranean basins subject to intense climatic and human pressure

CAT- Aquesta tesi doctoral utilitza un enfocament multiescalar amb l'objectiu d'entendre com el canvi climàtic i les pressions antròpiques repercuteixen en la hidrologia d'un riu intermitent i com això determina els patrons de les concentracions de nutrients i de productors primaris al llarg de la conca. La investigació va combinar l'anàlisi de dades a llarg termini amb el monitoratge en camp i la modelització hidrològica, prenent com a objecte d'estudi la conca del riu Onyar (Girona, ES). Aquesta conca és representativa de la situació en altres conques a la Mediterrània i ens proporciona idees de com les xarxes fluvials responen a la interacció entre els condicionants hidrològics i les activitats humanes. Els resultats d'aquesta tesi revelen que, a causa de factors climàtics i antròpics, el sistema fluvial estudiat experimenta condicions persistents de cabal baix i un increment de les càrregues de nutrients. A escala de conca, la pèrdua de cabal superficial afecta la capacitat de dilució. Així mateix, la distribució espacial de les pressions humanes i les contribucions d'aigua subterrània controlen l’entrada de nutrients i el funcionament de l'ecosistema. Això últim es manifesta en la generació de "punts calents" (“hotspots”) de nutrients i en l'elevació de les concentracions de clorofil·la en suspensió. De manera crucial, es demostra que a escala de punt o tram de mostreig, els efectes dels cabals baixos sobre les concentracions de nutrients poden diferir significativament dels patrons observats a escala de conca, fet que evidencia respostes variables. En conseqüència, l'escala emergeix com un concepte fonamental per comprendre la complexa resposta dels rius intermitents en regions amb escassetat hídrica. Aquests resultats, derivats d’un enfocament integrador, subratllen que la consideració explícita de les dinàmiques multiescalars és necessària per desenvolupar estratègies de gestió hídrica efectives i sostenibles en conques mediterrànies sotmeses a una intensa pressió climàtica i humana