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- Non point source pollution and runoff simulation with AnnAGNPS model in a small irrigated watershed in PortugalPublication . Duarte, A.C.; Mateos, Luciano; Fereres, EliasThe main objective of this study was the application of the hydrologic, non point source pollution model AnnAGNPS to a small watershed (189 ha) that has irrigated agriculture as major use. The study watershed is located in the Idanha Irrigation Scheme (Portugal). The main irrigated crops are barley, corn and sorghum. Oat are cultivated rainfed and a young non-irrigated oak forest occupies one third of the watershed. Climate is Mediterranean; topography slightly sloppy; the natural drainage network is dense; and the soils are heterogeneous with an impermeable layer at depth varying between 0.35 and 0.45 m. We measured runoff at the outlet of the watershed in a long-throated flume were water depth was recorded continuously. Water samples were collected almost daily for determining sediment and nitrogen concentrations. The study was carried out during the hydrologic years 2004/2005 and 2005/2006, including periods in which rain or irrigation were the dominant water precipitation sources. AnnAGNPS simulated runoff reasonably well. The main trends in sediment transport were captured by the model well. However, our analysis pointed to poor simulation of the nitrogen fate in the study environment, although we could not draw definitive conclusions because the sampling method of the observed data was not completely satisfactory. The spatial distribution of runoff and soil losses indicated where in the watershed especial care is needed for assuring sustainable management at the watershed scale.
- How changes in cropping intensity affect water usage in an irrigated Mediterranean catchmentPublication . Duarte, A.C.; Mateos, LucianoAgricultural policies and social change influence irrigation management decisions and their associated effects. The changes in the Common Agricultural Policy of the European Union have deeply affected irrigated agriculture in the Mediterranean region. In this region, hydrology is rather complex and the environment particularly vulnerable. We monitored cropping patterns and the water balance in a sprinkler-irrigated catchment in Central Portugal over thirteen irrigation seasons and twelve rainfall seasons. There was wide variation in annual rainfall (from 283 mm to 667 mm) and in the intensity of rainfall events from year to year. A monitoring station at the catchment outlet was installed to measure runoff which, together with field observations, allowed us to compute a water balance for both the rainfed and the irrigation seasons. Changes in cropping intensity led to changes in the depth of irrigation. Irrigation runoff followed irrigation depth and both followed the trend of cropping intensity. Less intensive cropping also reduced the off-site effects of agricultural activities. The runoff coefficient was 0.28 in the rainfed seasons and 0.02 in the irrigation seasons. The changes in the irrigation hydrology and in the off-site effects of agricultural activities in the catchment were caused by changes in cropping intensity induced by the European Union Common Agricultural Policy reforms, rather than by environmental or technical factors.
- Dinâmica dos sedimento produzidos ao nível de uma pequena bacia hidrográfica com uso agro-florestalPublication . Duarte, A.C.; Mateos, Luciano; Lima, João Pedroso deDinâmica dos sedimento produzidos ao nível de uma pequena bacia hidrográfica com uso agro-florestal.
- Balance de agua, desempeño del riego y comportamiento hidrológico de una pequeña cuenca agrícolaPublication . Duarte, A.C.; Mateos, Luciano; Fereres, EliasEl régimen hidrológico propio de los climas mediterráneos se refleja en la necesidad de elevados volúmenes de agua de riego y también en la dificultad del control de la escorrentía y percolación del agua, sobre todo en las áreas donde son frecuentes lluvias intensas. Además, la agricultura de riego, cuando practicada de forma técnicamente desajustada, afecta a la vez el suelo y los recursos hídricos, y puede, a largo plazo, comprometer la sustentabilidad de los sistemas productivos (Wichelns y Oster, 2006; EU, 1998). Varios estudios han abordado ya el desempeño del riego al nivel de parcela, de grupos de parcelas o de comunidad de regantes (Lorite et al., 2004; Lozano y Mateos, 2008). Sin embargo, cuando se pretende introducir también las cuestiones ambientales relacionadas con el riego, la cuenca hidrográfica parece ser la unidad territorial más adecuada para el análisis (Mateos et al., 2002; Causapé at al., 2004). El objetivo principal de esto estudio es hacer el balance de agua y evaluar el desempeño del riego bajo condiciones mediterráneas a la escala de una pequeña cuenca, así como el estudio de la respuesta hidrológica a las variaciones de la precipitación anual y del área de riego en cada campaña.
- Modelação de uma pequena bacia hidrográfica visando a simulação da poluição difusa originada pela actividade agrícolaPublication . Duarte, A.C.; Afonso, Filipe; Mateos, Luciano; Fereres, EliasModelação de uma pequena bacia hidrográfica visando a simulação da poluição difusa originada pela actividade agrícola.
- Aplicación del modelo AnnAGNPS a una cuenca agrícola de riego, para el análisis espacial y temporal de la escorrentía y los contaminantesPublication . Duarte, A.C.; Mateos, Luciano; Fereres, EliasEste estudio tiene como objetivo central la aplicación del modelo hidrológico y de contaminación difusa AnnAGNPS a una pequeña cuenca (189 ha), que tiene un uso mayoritario de agricultura de riego. La cuenca de estudio pertenece la Zona Regable de la Campiña de Idanha (Portugal). Los cultivos de riego son tabaco maíz y sorgo, y de secano avena. Hay además un área adehesada que representa cerca de una tercera parte del área total. Las condiciones básicas de la cuenca son de un clima con características típicamente mediterráneas, topografía levemente ondulada con una red de drenaje natural bien distribuida por toda el área, y suelos con perfiles irregulares y normalmente con un horizonte impermeable a poca profundidad. Se ha seleccionado el modelo AnnAGNPS por su relativa sencillez y razonable precisión en la simulación de los procesos estudiados. Un modelo digital de elevaciones con resolución vertical de 1 m es suficiente para describir la topografía de la cuenca. A lo largo de los años hidrológicos 2004/2005 y 2005/2006, se ha evaluado la concentración media de contaminantes, sedimentos y nitrógeno, así como el hidrograma diario en la sección de control de la cuenca, para determinar la carga contaminante. La concordancia de los datos de escorrentía observados en la sección de control de la cuenca con los datos simulados por el modelo, confirman su capacidad como herramienta de predicción hidrológica en la cuenca. Sin embargo, este ajuste es peor en el caso de los sedimentos y en el del nitrógeno. Por la forma de la distribución espacial de la escorrentía, y su integración con las diferentes condiciones de la cuenca, se deduce que la topografía del terreno y la cobertura del suelo son los factores que más influencian el volumen medio de escorrentía. La producción y arrastre medio de nitrógeno en la cuenca dependen de la distribución espacial de la escorrentía, mientras que la producción media de sedimentos no está tan relacionada con la escorrentía media, pues solamente una parte del volumen total tendrá energía suficiente para arrancar y arrastrar los sedimentos.
- Hidrologia e erosão hídrica do solo numa pequena bacia hidrográfica de regadioPublication . Duarte, A.C.; Mateos, LucianoA erosão hídrica do solo está estreitamente relacionada com o comportamente hidrológico das bacias hidrográficas. Estas são, actualmente, as unidades territoriais básicas das actividades de investigação, planeamento e de elaboração de normativas. O objectivo deste estudo é analisar o comportamento hidrológico e a dinâmica dos sedimentos produzidos ao nível de uma pequena bacia hidrográfica experimental. A bacia de estudo localiza-se no concelho de Idanha-a-Nova, cobrindo uma área de 189 ha. O clima é tipicamente mediterrânico; o terreno é pouco declivoso; as unidades de solo predominantes são Cambissolos e Luvissolos. Na secção de referência da bacia foi instalada uma estação hidrológica, em funcionamento desde 2008. Os modelos de simulação configuram-se como valiosas alternativas para avaliar os efeitos da actividade agrícola na qualidade do solo e da água. O modelo AnnAGNPS foi o selecionado para este estudo. A produção de sedimentos ao nível desta unidade territorial não mostra dependência clara do volume de escoamento num determinado evento, excepto quando a energia contida é suficiente para destacar e arrastar as partículas do solo para fora da bacia hidrográfica. Por outro lado, a perda de solo das parcelas agrícolas não depende somente do escoamento superficial, mas também da forma de cobertura e gestão do solo.
- Comportamento hidrológico e dinâmica dos sedimentos numa pequena bacia hidrográfica com uso agro-florestal.Publication . Duarte, A.C.; Lima, João Pedroso de; Mateos, Luciano
- Relationship of weather types on the seasonal and spatial variability of rainfall, runoff, and sediment yield in the Western Mediterranean BasinPublication . Peña-Angulo, D.; Nadal-Romero, Estela; González-Hidalgo, J. Carlos; Albaladejo, J.; Andreu, V.; Barhi, H.; Bernal, S.; Biddoccu, M.; Bienes, R.; Campo, J.; Campo-Bescós, M.A.; Duarte, A.C.; Cantón, Y.; Casali, Javier; Castillo, V.; Cavallo, E.; Cerdà, A.; Cid, Patricio; Cortesi, Noemi; Desir, G.; Díaz-Pereira, E.; Espigares, T.; Estrany, J.; Farguell, J.; Fernández-Raga, M.; Ferreira, Carla; Ferro, V.; Gallart, Francesc; Giménez, Rafael; Gimeno, E.; Gómez, José A.; Gómez-Gutiérrez, A.; Gómez-Macpherson, Helena; González-Pelayo, O.; Kairis, O.; Karatzas, G.P.; Keesstra, S.; Klotz, Sébastien; Kosmas, C.; Lana-Renault, Noemí; Lasanta, T.; Latron, J.; Lázaro, R.; Le Bissonnais, Y.; Le Bouteiller, Caroline; Licciardello, F.; López-Tarazón, J.A.; Lucía, Ana; Marín-Moreno, V.M.; Marín, C.; Marqués, M.J.; Martínez-Fernández, J.; Martínez-Mena, M.; Mateos, Luciano; Mathys, Nicole; Merino-Martín, L.; Moreno de las Heras, M.; Moustakas, N.; Nicolau, J.M.; Pampalone, V.; Raclot, D.; Rodríguez-Blanco, M.L.; Rodrigo-Comino, J.; Romero-Díaz, A.; Ruiz-Sinoga, J.D.; Rubio, J.L.; Schnabel, Susanne; Senciales-González, J.M.; Solé-Benet, A.; Taguas, Encarnación V.; Taboada-Castro, M. Teresa; Taboada-Castro, M. Mercedes; Todisco, F.; Úbeda, X.; Varouchakis, E.A.; Wittenberg, L.; Zabaleta, A.; Zorn, M.Rainfall is the key factor to understand soil erosion processes, mechanisms, and rates. Most research was conducted to determine rainfall characteristics and their relationship with soil erosion (erosivity) but there is little information about how atmospheric patterns control soil losses, and this is important to enable sustainable environmental planning and risk prevention. We investigated the temporal and spatial variability of the relationships of rainfall, runoff, and sediment yield with atmospheric patterns (weather types, WTs) in the western Mediterranean basin. For this purpose, we analyzed a large database of rainfall events collected between 1985 and 2015 in 46 experimental plots and catchments with the aim to: (i) evaluate seasonal differences in the contribution of rainfall, runoff, and sediment yield produced by the WTs; and (ii) to analyze the seasonal efficiency of the different WTs (relation frequency and magnitude) related to rainfall, runoff, and sediment yield. The results indicate two different temporal patterns: the first weather type exhibits (during the cold period: autumn and winter) westerly flows that produce the highest rainfall, runoff, and sediment yield values throughout the territory; the second weather type exhibits easterlyflowsthatpredominateduringthewarmperiod(springandsummer)anditislocatedonthe MediterraneancoastoftheIberianPeninsula. However,thecyclonicsituationspresenthighfrequency throughout the whole year with a large influence extended around the western Mediterranean basin. Contrary, the anticyclonic situations, despite of its high frequency, do not contribute significantly to thetotalrainfall,runoff,andsediment(showingthelowestefficiency)becauseofatmosphericstability that currently characterize this atmospheric pattern. Our approach helps to better understand the relationship of WTs on the seasonal and spatial variability of rainfall, runoff and sediment yield with a regional scale based on the large dataset and number of soil erosion experimental stations.
- Influência da resolução do modelo digital do terreno na configuração topográfica de uma bacia hidrográficaPublication . Duarte, A.C.; Afonso, Filipe; Fereres, Elias; Mateos, LucianoNos estudos de poluição difusa originada pela actividade agrícola à escala da bacia hidrográfica, é fundamental a sua conveniente configuração topográfica e a compreensão do seu comportamento hidrológico. No presente trabalho é utilizado o módulo FlowNet Generator do modelo AnnAGNPS, no sentido de se compreender a influência da resolução vertical do Modelo Digital do Terreno (DEM) na configuração topográfica de uma pequena bacia hidrográfica. O estudo decorre no Aproveitamento Hidroagrícola da Campina da Idanha, na bacia de uma linha de água tributária do rio Tejo, tendo sido elaborados dois DEM com resoluções verticais de 1 e 5m. A rede de drenagem natural observada na bacia hidrográfica é a característica usada para comparar os resultados simulados e observados, procedendo-se depois à análise da divisão da bacia e dos parâmetros topográficos e hidrológicos resultantes. Este estudo permite concluir que para a área de estudo de 190 ha o DEM com resolução vertical de 5m não é suficientemente detalhado para contemplar a totalidade da rede de drenagem natural, pelo que é recomendável o uso de um DEM com menor resolução vertical. Pela forma como a rede de drenagem simulada, tendo por base o DEM com resolução de 1m, se aproxima da rede de drenagem natural observada na zona de estudo, não se torna necessário usar informação topográfica mais detalhada.