Teledetección aplicada a la contabilidad del agua de riego sobre diferentes escalas espaciales y temporales de gestión: desde la parcela hasta la demarcación hidrográfica

La agricultura de regadío es a nivel global la actividad humana que más uso hace del agua dulce en su labor productiva, consumiendo un 70% del total de los recursos hídricos disponibles. Si bien, en un mundo cada vez más poblado, su elevada productividad en comparación con la agricultura de secano ha contribuido a garantizar la disponibilidad de alimentos por la previsibilidad de sus producciones. Además, facilita la soberanía alimentaria nacional, fija la población y contribuye a mitigar la pobreza en zonas rurales por distribuir los ingresos. Por el contrario, el abuso de los recursos hídricos provocado por prácticas insostenibles del regadío al elevar la demanda de agua por encima de las tasas de renovación, han colocado a la agricultura de regadío como una de las actividades productivas que mayor presión ejercen sobre los recursos hídricos. En un esfuerzo común por garantizar la cantidad y calidad de estos recursos a largo plazo, la Unión Europea formuló la Directiva Marco del Agua por la que los estados miembros se comprometen a aplicar un marco comunitario de actuación recogido en último lugar por los Planes Hidrológicos de Cuenca (PHC) con el objetivo de gestionar racionalmente los recursos hídricos disponibles. La última revisión sobre la normativa comunitaria pone el foco en la agricultura de regadío desarrollada en las regiones del sur de Europa, ya que es el principal agente de presión sobre los recursos hídricos. Así, insta a tomar acciones relevantes para extender los controles y medición de la extracción de agua. En este sentido, la Agencia Europea del Medioambiente "demanda obtener información fiable y actualizada a escalas espaciales y temporales adecuadas con el fin de hacer más sostenible la actividad agrícola". Ahora bien, extender los controles y medición del uso del agua para regadío sobre grandes y extensas superficies no resulta una tarea sencilla, pues la creación de una red de monitorización basada únicamente en los sistemas tradicional es de medición del agua de riego como los contadores ha resultado ineficaz a largo plazo debido a su elevado coste de instalación y mantenimiento. Por el contrario, y sobre escalas de trabajo menores como la parcela, el uso de la metodología FAO56 al combinar la evapotranspiración de referencia (ETo) y el coeficiente de cultivo (Kc), ha permitido estimar de forma precisa la evapotranspiraciónde los cultivos (ETc), cuando no hay limitaciones al desarrollo de estos. Si bien, la metodología también permite obtener la evapotranspiración de los cultivos ajustada (ETcaj) bajo condiciones limitantes al desarrollo, al considerar de forma separada la evaporación del suelo, la transpiración del cultivo y la disponibilidad hídrica en el suelo explorado por las raíces de la planta. Así, y durante un ciclo completo de cultivo, la lámina de agua necesaria que proporciona la precipitación (P) o el contenido hídrico del suelo para satisfacer el agua consumida por la ETc se le conoce como la demanda hídrica del cultivo. Si bien, cuando esos aportes naturales no son suficientes para satisfacer dicha ETc, la lámina neta de agua incluyendo ahora el agua de riego aportada se conoce como la demanda de agua de riego, siendo necesario realizar un balance de agua en el suelo para su estimación. En paralelo, el empleo de los datos espectrales capturados por los satélites de Observación de la Tierra coloca a la Teledeteccióncomo una herramienta madura y operativa para monitorizar extensas y diversas superficies en regadío. Uno de los productos más extendidos para monitorizar las cubiertas vegetales son las series temporales de índices de vegetación, ya que proporciona información del estado de ésta, fácilmente computable e interpretable. Además, conjuntamente a su adecuada resolución espacial, temporal y espectral, el acceso libre y gratuito a las imágenes de satélite por parte de los programas de la NASA/USGS (con la serie de satélites Landsat) y del programa Copernicus de la ESA (con la serie de satélites Sentinel), ha contribuido al desarrollo de aplicaciones operativas retornando así beneficios económicos y medioambientales a la sociedad. Así pues, la presente Tesis Doctoral expone una metodología operativa, homogénea, reproducible y fiable para contabilizar de forma continuada las necesidades de agua de riego en extensas y diversas superficies regables. Se crea así una base de datos espacial y temporalmente distribuida, que sirva de herramienta complementaria a los usuarios y gestores públicos y privados en el manejo y gobernanza de los recursos hídricos disponibles. Esta metodología responde por un lado a las necesidades políticas para un manejo sostenible del recurso hídrico, expresado mediante acciones concretas que permitan contabilizar el agua de riego en las escalas espaciales y temporales adecuadas sobre grandes extensiones, y por otro, a la madurez y operatividad de las metodologías alcanzadas por la teledetección junto con la accesibilidad de los datos generados. Con tal fin, se ha evaluado una metodología que a través del balance de agua en el suelo asistido por teledetección (RS-SWB) y basado en la guía FA056, genere a escala de píxel y diariamente estimaciones de las necesidades netas de agua de riego (NIR), para posteriormente agregarla espacial y temporalmente a las escalas demandadas por los gestores públicos y privados del agua en lo que hemos denominado la contabilidad de agua de riego basada en teledetección. Para ello, la información satelital empleada se basa en las series temporales de índices de vegetación (IV), concretamente el Normalized Difference Vegetation lndex (NDVI), para posteriormente obtener dos tipos de productos: a) un mapa de clasificación de grupos de cultivos en regadío generado mediante una clasificación supervisada por árboles de decisión y empleando como apoyo cartografía oficial; y b) los parámetros espacial y temporalmente distribuidos del coeficiente basal de cultivo (Kcb) y la fracción del suelo cubierta por la vegetación (fe), estimados a través de relaciones empíricas lineales utilizadas como cultivo-independientes. Además, para simular el RS-SWB es necesario disponer de información agrometeorológica y edáfica; empleando principalmente la red estatal de estaciones agrometeorológicas del Servicio de Información Agroclimática para el Regadío (red SIAR), con el fin de obtener datos diarios de P y ETo; y por otro lado, el mapa de las propiedades hídricas de los suelos derivado del mapa europeo de suelos (European Soil Database Derived data), para producir una cartografía espacialmente distribuida de la profundidad limitante al desarrollo de las raíces y del contenido total disponible de agua en el suelo principalmente. Así, una vez construida la anterior información, es usada como una base de datos conjunta por el programa HidroMORE, que es capaz de efectuar el RS-SWB a escala espacial y temporal de píxel y día respectivamente, para toda la España peninsular gracias a la nueva versión optimizada y de computación en paralelo que fue desarrollada para tal fin. Finalmente, para validar la información generada, se ha evaluado la contabilidad de agua de riego basada en teledetección a diferentes escalas espaciales y temporales. Primeramente, a escala de parcela comercial y de comunidad de regantes, ambas de gestión privada, se ha evaluado dicha contabilidad a frecuencia anual contrastándola con registros proporcionados por contadores instalados a pie de parcela comercial y por el plan anual de gestión de la comunidad de regantes. A continuación, y a escala mensual, se ha evaluado la contabilidad propuesta sobre una extensa y variada zona regable con gran dependencia de los recursos hídricos subterráneos sobre los que se asienta, contrastándola frente a las lecturas recogidas por una red estatal de piezómetros. Y, por ultimo a escala mensual y anual, se han empleado las mismas escalas temporales y espaciales que los gestores públicos en las demarcaciones hidrográficas emplean en la gobernanza del recurso hídrico, de forma que la contabilidad del agua de riego basada en teledetección (RS-IWA) se ha contrastado con los valores publicados en los actuales PHC