Hidrometeorología y balance térmico de la marisma de Doñana
Authors:   , Ramos Fuertes Anaïs 
Published: October 2023

Doñana marshes are a wetland of ecological relevance at an international level. They are located on the right bank of the final Guadalquivir River, in the regions of Huelva and Seville in SW Spain. They occupy an area of 27000 ha and present an extremely flat topography, a Mediterranean climate with influence from the Atlantic Ocean and annual flooding and drying out processes, which normally develop from mid autumn to mid summer and present maximum water depths of about one meter. As a consequence of past anthropic modifications in their natural behaviour, intensive research and monitoring efforts have been conducted since the 1990¿s in order to better understand the natural processes related to the surface hydrology associated to the Doñana marshes. Such activities have been oriented to define the measures and establish the management criteria that allow, as far as possible, the recovering of the natural functionality of the marshes.

This thesis studies the hydrometeorology and heat balance of Doñana marshes from field data collected through a network of automated gauging stations, which have been gathering hydrometeorological information for a number of consecutive years. Most part of the work refers to the three hydrological years from September 2006 to August 2009. Special attention has been drawn to the flooding period of 2006/2007, being the product of the development of a most characteristic flooding event. The work essentially focused on the characterization, at different time scales (annual, monthly, daily), of the measured hydrometeorological context and the heat fluxes that define the water heat balance of the flooded marshes. Sensible and latent heat fluxes between water and atmosphere have been estimated by means of the Bowen Ratio ¿ Energy Balance (BREB) method. Moreover, water and sediment temperature regimes have been analyzed, and vertical mean water temperature has been modelled for un entire flooding period through the implementation of a single-layer heat balance model.

General results show a fast response of the water temperature to the atmospheric forcing. Net solar radiation constitutes the main source of heat and predominantly determines the net balance of all-wave radiation over the water surface. At an hourly timescale, most of this heat is invested in water heating but, at a daily timescale, heat gains and looses compensate. It results in a reduced heat storage per unit area of marshland. Since water availability is not a limiting factor, available heat is mainly lost by evaporation, which constitutes the main water loss from the marshes and explains to a large extent the rate of water level decrease. Daily thermal stratification and mixing processes have been identified, mostly from March onwards, which modify the marshlands¿ thermal behaviour at a short timescale. As thermal stratification and water depth reduce the importance of flooded sediment in the global water heat balance, water-sediment heat flux appeared negligible during most of the time of the study. Finally, the modelling of Doñana marshes¿ water temperature pointed out the necessity to include the vertical dimension despite the limited water depths registered.
La marisma natural de Doñana es un humedal de relevancia ecológica a nivel internacional
situado sobre la margen derecha del tramo final del río Guadalquivir, en las provincias de Huelva y
Sevilla (SO de España). Se extiende sobre unas 27000 ha y se caracteriza por una topografía
extremadamente llana sujeta a un clima de tipo mediterráneo subhúmedo con influencia atlántica
y a procesos anuales de inundación y secado, típicamente prolongados entre mediados de otoño
y mediados de verano, con calados máximos del orden de un metro. Como consecuencia de las
alteraciones antrópicas sufridas en su comportamiento natural, desde los años 90 del siglo XX se
ha realizado un esfuerzo extraordinario de seguimiento e investigación sobre los procesos
naturales relacionados con la hidrología superficial de este ecosistema. Este esfuerzo está
orientado a definir las actuaciones y establecer los criterios de gestión que permitan recuperar en
la medida de lo posible la funcionalidad natural de la marisma.
En esta tesis se estudia la hidrometeorología y el balance térmico de la marisma de Doñana a
partir de información de campo registrada por una red de estaciones automáticas, que han
tomado medidas de alta resolución temporal durante varios años consecutivos. La mayor parte
del trabajo se refiere a los tres años hidrológicos comprendidos entre los meses de septiembre de
2006 y agosto de 2009, con especial atención al periodo de inundación 2006/2007 por sus
características cercanas al proceso idóneo de inundación y secado. El trabajo se ha orientado
principalmente a la caracterización, a diferente escala temporal (anual, mensual y diaria), del
marco hidrometeorológico medido y de los flujos de calor que definen el balance térmico del
agua en la marisma inundada. La estimación del intercambio de calor sensible y latente con la
atmósfera se ha realizado mediante la metodología de la Razón de Bowen – Balance de Energía.
Asimismo, se ha estudiado el régimen de temperatura de la columna de agua y del suelo
inundado, y se ha realizado una modelización de la temperatura media del agua mediante la
implementación de un modelo de balance térmico de una capa durante un periodo completo de
inundación.
Los resultados muestran una rápida respuesta de la temperatura del agua de la marisma a las
condiciones atmosféricas. El principal aporte de calor al sistema es la radiación solar neta, la cual
determina en gran medida la radiación neta de onda corta y onda larga sobre la superficie del
agua. A escala temporal horaria, este aporte se invierte principalmente en el calentamiento de la
columna de agua, pero la compensación de las ganancias y pérdidas de calor producen valores
netos diarios reducidos de calor acumulado por unidad de superficie. Al no ser la disponibilidad de
agua un factor limitante, el calor restante se invierte en su mayor parte en evaporación, la cual
constituye la principal salida de agua en la marisma y explica en gran medida su ritmo de vaciado.
A partir del mes de marzo, se identifican procesos diarios de estratificación térmica y mezcla, que
modifican el comportamiento térmico de la marisma a corto plazo. El papel del suelo inundado en
el balance térmico del agua se reduce con la estratificación y la profundidad del agua, siendo
despreciable la mayor parte del tiempo analizado. Finalmente, la modelización térmica de la
marisma ha puesto de manifiesto la necesidad de contemplar la dimensión vertical, a pesar de la
escasa profundidad de agua