The Anthropogenic Impact on the Hydrological Cycle: Detecting and Estimating Irrigation through Remote Sensing Soil Moisture

El riego es el principal consumo antropogénico de agua dulce. Se prevé que la explotación de los recursos hídricos para mejorar la producción de alimentos mediante prácticas de riego seguirá aumentando en los próximos decenios. De hecho, se prevé que el crecimiento demográfico y los cambios climáticos ejerzan una presión aún mayor sobre los recursos hídricos disponibles. A pesar de que el riego tiene consecuencias directas en la gestión racional de los recursos hídricos, así como en la producción de alimentos, falta un conocimiento detallado de los lugares en los que realmente se riega en todo el mundo y de cuánta agua se utiliza realmente para las prácticas de riego. En esta investigación se han elaborado métodos para detectar y cartografiar las zonas donde realmente se riega, así como métodos para estimar las cantidades de agua que se aplican para el riego; las metodologías propuestas utilizan datos de humedad del suelo provenientes de la teledetección espacial. En esta investigación se han adoptado dos casos de estudio: el primero se sitúa en la cuenca del Ebro, en el noreste de España, mientras que el otro es la cuenca del Alto Tíber, en Italia central. Se han ensayado varios productos de humedad del suelo obtenidos por teledetección con diferentes resoluciones espaciales para evaluar los que mejor funcionan en la detección del riego y, por lo tanto, en la cartografía de las zonas de regadío. Además, se han realizado estimaciones cuantitativas de las cantidades de agua aplicadas para el riego. La actividad de detección y cartografía del riego se ha llevado a cabo en ambos casos de estudio. En el español se ha evaluado inicialmente la capacidad de detección de riego de varios productos de teledetección. Se han evaluado los siguientes conjuntos de datos de humedad del suelo: SMAP (Soil Moisture Active Passive) a 1 km y 9 km, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) a 1 km, Sentinel‐1 a 1 km, y ASCAT (Advanced SCATterometer) a 12,5 km. Las versiones de 1 km de SMAP y SMOS se obtienen mediante la desagregación con el método DISPATCH (DISaggregation based on Physical And Theoretical scale Change). La detectabilidad del riego por los productos considerados se ha evaluado mediante índices derivados de la teoría de la estabilidad temporal aquí utilizada bajo esta nueva perspectiva. Además, se han elaborado mapas de las zonas irrigadas producidos a través del algoritmo de agrupamiento K‐medias. En las zonas agrícolas de la cuenca del Alto Tíber, en Italia, se ha realizado un análisis a doble escala. En el análisis a 1 km de resolución espacial, se ha aplicado el mismo procedimiento adoptado en el caso de estudio de la cuenca del Ebro para evaluar la detectabilidad de la irrigación mediante la humedad del suelo por teledetección. Se han utilizado los siguientes productos: SMAP a 1 km, la versión Sentinel‐1 a 1 km entregada por el Copernicus Global Land Service, y una versión Sentinel‐1 a escala de parcela (producida por THEIA) agregada a 1 km. Obsérvese que los dos primeros productos son los mismos que también se utilizaron en el caso de estudio español. En este análisis, así como en el realizado sobre el área de estudio en la cuenca del Ebro, se ha utilizado como soporte el modelo de superficie terrestre SURFEX‐ISBA (SURface EXternalisée ‐ Interaction Sol Biosphère Atmosphère). En el análisis a escala de parcela, los datos del THEIA Sentinel‐1 agregados a 100 m se han utilizado para producir mapas de alta resolución de las zonas de regadío mediante el algoritmo de agrupamiento K‐medias. La actividad de cuantificación del riego se ha llevado a cabo en la zona de estudio de la cuenca del Ebro únicamente; se han realizado dos experimentos: uno explotando SMAP con datos a 1 km de resolución y otro explotando SMOS con datos a 1 km. Ambos conjuntos de datos se han utilizado para forzar el algoritmo SM2RAIN adaptado a la estimación del riego. En el algoritmo se ha aplicado una modelización más realista del término de evapotranspiración para reproducir adecuadamente la evapotranspiración de los cultivos según el modelo de la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación). Los análisis realizados tienen por objeto colmar las lagunas existentes en el campo de la investigación relacionada con el riego; los resultados obtenidos son útiles para evaluar el impacto de las prácticas de riego en el ciclo hidrológico. PALABRAS CLAVE: Cartografía de Riego, Estimaciones de Riego, Teledetección, Humedad del Suelo, Modelización de la Superficie Terrestre.