Flow intermittency patterns, organic carbon dynamics, and cultural ecosystem services in the Mediterranean

Abstract

Non-perennial rivers and streams are defined as systems that cease to flow at some point in space and time along their course. These systems are widespread globally representing more than half of the global river network, with dominance in arid and semi-arid regions such as the Mediterranean. In these systems, flow intermittency patterns that encompass the temporal and spatial streamflow fluctuations determine their ecological structure and function as well as their relationship with people. Due to their particular hydrological characteristics and prevalence worldwide, these systems support diverse and unique flora and fauna, human activities, and biogeochemical processes. Nevertheless, despite their global relevance and prevalence, non-perennial rivers have been typically undervalued by managers, researchers, and society. Which in some cases have resulted in their exclusion from regulatory protection frameworks and the understudy of these systems. Taking this into account, this thesis aims to analyse the effects of spatial and temporal patterns of flow intermittency on organic carbon dynamics and cultural ecosystem services, with a specific emphasis on recreation activities. Employing a combination of modelling, fieldwork, and social media data analysis, this study seeks to comprehensively grasp contemporary organic carbon dynamics and human activities in a non-perennial Mediterranean river basin. Additionally, the study explores the influence of environmental and socio-environmental factors on these dynamics.

The results showed that the Algars basin exhibited significant spatial and temporal flow intermittency patterns over the past 15 years, including marked inter- and intra-annual variations, particularly during extreme meteorological years. A discernible seasonal pattern also characterises intra-annual variability, with a substantial portion of the river network drying during the summer, while the prevalence of non-flowing stream segments was relatively low in spring and autumn. The study also highlights how a drying trend in the Algars basin, driven by an 18% reduction in annual precipitation over the past 14 years, has led to a doubling of non-flow days within the river network

Els rius i rieres no perennes es defineixen com a sistemes que deixen de fluir en algun punt de l'espai i el temps al llarg del seu curs. Aquests sistemes són comuns a nivell mundial i representen més de la meitat de la xarxa fluvial global, amb predominança en regions àrides i semiàrides com el Mediterrani. En aquests sistemes, els patrons d'intermitència del flux que abasten les fluctuacions temporals i espacials del cabal determinen la seva estructura ecològica i funció, així com la seva relació amb les persones. A causa de les seves característiques hidrològiques particulars i la seva prevalença a tot el món, aquests sistemes sostenen una flora i fauna diverses i úniques, activitats humanes i processos biogeoquímics. Malgrat la seva rellevància global i prevalença, els rius no perennes han estat típicament infravalorats pels gestors, investigadors i la societat, la qual cosa en alguns casos ha resultat en la seva exclusió dels marcs de protecció regulatòria i en l'escàs estudi d'aquests sistemes. Tenint en compte això, aquesta tesi té com a objectiu analitzar els efectes dels patrons espacials i temporals de la intermitència del flux en la dinàmica del carboni orgànic i els serveis ecosistèmics culturals, amb un èmfasi específic en les activitats recreatives. Mitjançant una combinació de modelització, treball de camp i anàlisi de dades de xarxes socials, aquest estudi busca comprendre de manera integral la dinàmica contemporània del carboni orgànic i les activitats humanes en una conca fluvial mediterrània no perenne. A més, l'estudi explora la influència de factors ambientals i socioambientals en aquestes dinàmiques.

Els resultats van mostrar que la conca de l'Algars presentava patrons significatius d'intermitència del flux espacials i temporals en els darrers 15 anys, incloent variacions interanuals i estacionals marcades, especialment durant anys meteorològics extrems. També es caracteritza per un patró estacional discernible en la variabilitat estacional, amb una part substancial de la xarxa fluvial assecant-se durant l'estiu, mentre que la prevalença de segments de corrent sense flux era relativament baixa a la primavera i la tardor. L'estudi també destaca com una tendència de sequera a la conca de l'Algars, impulsada per una reducció del 18% en la precipitació anual en els darrers 14 anys, ha portat a una duplicació dels dies sense flux a la xarxa fluvial