Tesis por compendio / [ES] Los ecosistemas riparios presentan una gran variabilidad, desde un punto de vista geomorfológico como hidrológico y ecológico, incluyendo las complejas interacciones que la morfología y la vegetación de ribera puede presentar. La vegetación se presenta como un factor físico muy influyente en los sistemas fluviales, con una relación directa en los procesos geomorfológicos que tienen lugar en los corredores fluviales. La detección, monitoreo y evaluación de los procesos que se desarrollan en el espacio ripario son clave a la hora de poder entender las funciones ecológicas y el desarrollo de dichos hábitats, y por tanto para tomar decisiones para su conservación y restauración. Según la distribución de especies y los rasgos de las plantas, las comunidades vegetales y su dinámica presentan distintas características en el ecosistema ripario, a las cuales los métodos de detección y monitoreo deben adaptarse. Los constantes cambios que sufren estos espacios a lo largo del tiempo se deben en gran parte a procesos físicos relacionados con las dinámicas de erosión y sedimentación, las variaciones de la trayectoria del cauce, variaciones en la distribución de especies y vegetación en el bosque de ribera, etc., pero también se deben al impacto antropogénico, que puede llegar a generar grandes desajustes en la dinámica ecológica de los ecosistemas en cuestión. Debido a las interacciones de diversos procesos y alteraciones antropogénicas, y las complejas dinámicas espacio-temporales, resulta necesario continuar desarrollando metodologías teóricas y prácticas para la monitorización y caracterización de estos ecosistemas. La teledetección, incluyendo el uso de drones, se presenta como una herramienta muy interesante y óptima para el mapeo y recogida de información en estos espacios naturales. Los beneficios que demuestran las aeronaves no tripuladas -UAV- incluyen las mejoras en la resolución espacial y temporal de los datos capturados, así como la cartografía de áreas extensas en poco tiempo, lo que los convierte en instrumentos clave en tareas de gestión y conservación de los espacios riparios. La necesidad de estudiar la dinámica geomorfológica que se produce en los cauces fluviales ha sido la principal motivación en los estudios que se presentan en esta tesis doctoral. Los capítulos 2 y 3 se basan en técnicas de captura de datos con láser escáner terrestre (TLS) y en el modelado de los datos obtenidos en vuelos fotogramétricos de UAV. Con ellos se han caracterizado los procesos que tienen lugar en una cierta área de estudio, un cauce efímero del sureste de la Península Ibérica, la Rambla de la Azohía (Murcia). Estos estudios también han permitido comparar el ajuste y precisión de los datos capturados a partir de dos técnicas distintas. Además, el interés en caracterizar los cauces fluviales con un flujo permanente ha motivado el estudio de la topografía sumergida en un tramo de río, segmentado por tipos de mesohábitat. Así pues, el capítulo 4 presenta un algoritmo y una herramienta de corrección para el efecto de la refracción en un tramo del rio Palancia (Castellón), para llevar a cabo la correcta representación de la morfología del lecho sumergido. A partir de la metodología planteada y el algoritmo desarrollado, es posible minimizar los efectos de distorsión debidos a la presencia del agua, para obtener la reconstrucción tridimensional del lecho a partir de imágenes tomadas con UAV. La construcción del modelo 3D se llevó a cabo mediante la técnica de Structure from Motion. Finalmente, y como elemento clave en la dinámica de los ecosistemas riparios, el capítulo 5 desarrolla una metodología para clasificar las fases de sucesión de la vegetación del bosque ripario. Dichas fases de sucesión se basan en la metodología del proyecto RIPFLOW, que también está implementada en el modelo dinámico CASiMiR-vegetation. / [CA] Els ecosistemes riparis presenten una gran variabilitat, des d'un punt de vista geomorfològic com a hidrològic i ecològic, incloent les complexes interaccions que la morfologia i la vegetació de ribera pot presentar. La vegetació es presenta com un factor físic molt influent en els sistemes fluvials, amb una relació directa en els processos geomorfològics que tenen lloc en els corredors fluvials. La detecció, monitoratge i avaluació dels processos que es desenvolupen en l'espai ripari són clau a l'hora de poder entendre les funcions ecològiques i el desenvolupament d'aquests hàbitats, i per tant per a prendre decisions per a la seua conservació i restauració. Segons la distribució d'espècies i els trets de les plantes, les comunitats vegetals i la seua dinàmica presenten diferents característiques en l'ecosistema ripario, a les quals els mètodes de detecció i monitoratge han d'adaptar-se. Els constants canvis que pateixen aquests espais al llarg del temps es deuen en gran part a processos físics relacionats amb les dinàmiques d'erosió i sedimentació, les variacions de la trajectòria del llit, variacions en la distribució d'espècies i vegetació en el bosc de ribera, etc., però també es deuen a l'impacte antropogènic, que pot arribar a generar grans desajustaments en la dinàmica ecològica dels ecosistemes en qüestió. A causa de les interaccions de diversos processos i alteracions antropogèniques, i les complexes dinàmiques espaciotemporals, resulta necessari continuar desenvolupant metodologies teòriques i pràctiques per al monitoratge i caracterització d'aquests ecosistemes. La teledetecció, incloent l'ús de drons, es presenta com una eina molt interessant i òptima per al mapatge i recollida d'informació en aquests espais naturals. Els beneficis que demostren les aeronaus no tripulades -UAV- inclouen les millores en la resolució espacial i temporal de les dades capturades, així com la cartografia d'àrees extenses en poc temps, la qual cosa els converteix en instruments clau en tasques de gestió i conservació dels espais riparis. La necessitat d'estudiar la dinàmica geomorfològica que es produeix en els llits fluvials ha sigut la principal motivació en els estudis que es presenten en aquesta tesi doctoral. Els capítols 2 i 3 es basen en tècniques de captura de dades amb làser escàner terrestre (TLS) i en el modelatge de les dades obtingudes en vols fotogramètrics de UAV. Amb ells s'han caracteritzat els processos que tenen lloc en una certa àrea d'estudi, un llit efímer del sud-est de la Península Ibèrica, la Rambla de la Azohía (Múrcia). Aquests estudis també han permés comparar l'ajust i precisió de les dades capturades a partir de dues tècniques diferents. A més, l'interés a caracteritzar els llits fluvials amb un flux permanent ha motivat l'estudi de la topografia submergida en un tram de riu, segmentat per tipus de mesohábitat. Així doncs, el capítol 4 presenta un algorisme i una eina de correcció per a l'efecte de la refracció en un tram del va riure Palància (Castelló), per a dur a terme la correcta representació de la morfologia del llit submergit. A partir de la metodologia plantejada i l'algorisme desenvolupat, és possible minimitzar els efectes de distorsió deguts a la presència de l'aigua, per a obtindre la reconstrucció tridimensional del llit a partir d'imatges preses amb UAV. La construcció del model 3D es va dur a terme mitjançant la tècnica de Structure from Motion. Finalment, i com a element clau en la dinàmica dels ecosistemes riparis, el capítol 5 desenvolupa una metodologia per a classificar les fases de successió de la vegetació del bosc ripari. Aquestes fases de successió es basen en la metodologia del projecte RIPFLOW, que també està implementada en el model dinàmic CASiMiR-vegetation. / [EN] Riparian ecosystems show great variability, from a geomorphological, hydrological and ecological point of view, including the complex interactions that riparian morphology and vegetation can present. Vegetation appears as a very influential physical factor in river systems, with a direct relationship in the geomorphological processes that take place in river corridors. The detection, monitoring and evaluation of the processes that take place in the riparian space are key when it comes to understanding the ecological functions and development of these habitats, and therefore for making decisions for their conservation and restoration. According to the distribution of species and plant traits, plant communities and their dynamics present different characteristics in the riparian ecosystem, to which detection and monitoring methods must be adapted. The constant changes that these spaces undergo over time are largely due to physical processes related to the dynamics of erosion and sedimentation, variations in the path of the channel, variations in the distribution of species and vegetation in the riparian forest, etc. These processes also are due to the anthropogenic impact, which can generate major imbalances in the ecological dynamics of the ecosystems in question. Due to the interactions of various anthropogenic processes and alterations, and the complex spatio-temporal dynamics, it is necessary to continue developing theoretical and practical methodologies for the monitoring and characterization of these ecosystems. Remote sensing, including the use of drones, is presented as a very interesting and optimal tool for mapping and collecting information in these natural spaces. The benefits demonstrated by unmanned aircraft -UAV- include improvements in the spatial and temporal resolution of the captured data, as well as the mapping of large areas in a short time, which makes them key instruments in the management and conservation tasks of riparian spaces. The need to study the geomorphological dynamics that occur in river channels has been the main motivation in the studies presented in this doctoral thesis. Chapters 2 and 3 are based on ground-based laser scanner (TLS) data capture techniques and modelling of UAV photogrammetric flight data. They have characterized the processes that take place in a certain study area, an ephemeral riverbed in the southeast of the Iberian Peninsula, the Rambla de la Azohía (Murcia). These studies have also made it possible to compare the fit and precision of the data captured from two different techniques. In addition, the interest in characterizing the fluvial channels with a permanent flow has motivated the study of the submerged topography in a stretch of river, segmented by types of mesohabitat. Thus, chapter 4 presents an algorithm and a correction tool for the effect of refraction in a stretch of the Palancia river (Castellón), to carry out the correct representation of the submerged bed morphology. From the proposed methodology and the developed algorithm, it is possible to minimize the distortion effects due to the presence of water, to obtain the three-dimensional reconstruction of the bed from images taken with UAVs. The construction of the 3D model was carried out using the Structure from Motion technique. Finally, and as a key element in the dynamics of riparian ecosystems, chapter 5 develops a methodology to classify the phases of succession of riparian forest vegetation. These succession phases are based on the RIPFLOW project methodology, which is also implemented in the dynamic CASiMiR-vegetation model. / Agradezco a Francisca Segura y a Carles Sanchis por su ayuda y trabajo conjunto en el proyecto “Natural and anthropogenic changes in Mediterranean river drainage basins: historical impacts on rivers morphology, sedimentary flows and vegetation” financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) (CGL2013-44917-R). Agradezco también a la Universidad de Murcia y la Universidad de Alicante así como al proyecto de investigación “Respuesta morfológica y sistémica al cambio climático en cauces efímeros mediterráneos: dinámica, resiliencia y propuestas de actuación” funded by ERDF/Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities—State Research Agency/Project CGL2017-84625-C2-1-R (CCAMICEM); State Program for Research, Development and Innovation Focused on the Challenges of Society, del Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) y EU FEDER (Project TEC2017- 85244-C2-1-P) y de la Universidad de Alicante (vigrob-157 and GRE18-05). / Puig Mengual, CA. (2021). Remote Sensing and UAVs for the Geomorphological and Habitat Analysis in Ephemeral and Permanent Mediterranean Streams [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/177643 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] Los humedales son uno de los ecosistemas que reciben mayor atención por parte de la comunidad científica. Su importancia se puede explicar teniendo en cuenta que ayudan a mitigar los efectos de inundaciones, pueden actuar como filtros de agua y constituyen hábitats de valiosas especies de fauna y flora. En los últimos años este tipo de ambientes están cada vez más amenazados como consecuencia de la contaminación, alteraciones de los niveles de agua asociadas a los efectos del cambio climático y usos antrópicos, introducción de especies invasoras y los efectos negativos de algunos cambios de usos del suelo y determinadas prácticas asociados a ellos (agrícolas, pastoreo y urbanización). Para analizar estos ecosistemas, la teledetección se presenta como una herramienta con alto potencial que permite identificar, evaluar y monitorizar estos espacios. En esta tesis se utilizaron imágenes Sentinel-2A/B, Landsat-5 TM y Landsat-8 OLI para extraer láminas de agua libre en dos entornos: humedales mediterráneos costeros (Prat Cabanes-Torreblanca, Marjal de Sagunto, Marjal de La Safor y Marjal Pego-Oliva) y el humedal de llanura aluvial situado en el centro de España las Tablas de Daimiel. Para ello, se realizó un análisis de siete índices de agua (NDWI, mNDWI, Cedex, Re-NDWI, Awei(sh), AWEI (nsh) y B_Blue) y de umbrales para obtener la cartografía de las masas de agua libre en estos espacios. El objetivo principal es definir el índice y el umbral que permitan un uso más amplio de la metodología para su aplicación en otras zonas húmedas. También se utilizó información LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) en el humedal de La Safor para analizar los efectos de la superficie inundada en diferentes usos del suelo. La evaluación de los resultados se realizó a partir de la validación con un conjunto de muestras obtenidas a partir de imágenes de elevada resolución espacial. Se calcularon la fiabilidad global y el índice kappa en los humedales analizados para distintas fechas y sensores. En el caso de los humedales costeros, el índice de agua NDWI con un umbral de ¿0,30 proporcionó los resultados con mayor precisión obteniendo un valor promedio de 0,89 en fiabilidad global. En el caso del humedal de las Tablas de Daimiel, se seleccionaron el índice MNDWI y umbral ¿0,15 para imágenes Landsat-5 (fiabilidad global 0,88), el índice MNDWI y umbral ¿0,25 para imágenes Landsat-8 (fiabilidad global 0,99) y el índice NDWI y umbral ¿0,20 (fiabilidad global 0,99) en el caso de imágenes Sentinel-2A/B. En el humedal de las Tablas de Daimiel se realizó un análisis temporal desde el año 2000 al 2021 que permitió calcular las anomalías de la superficie de agua, de la precipitación, del nivel piezométrico y del caudal hidrológico. Esta reconstrucción temporal también permitió comparar los resultados derivados a partir de las imágenes Sentinel-2A/B y de las imágenes Landsat 8. Se realizó un análisis de correlación entre los índices de anomalías calculados, que revela una correlación no significativa entre las anomalías precipitación y de superficie de agua. Mientras que el índice de anomalías de superficie de agua si presentó una correlación estadísticamente significativa con los índices de anomalía de caudal y de niveles piezométricos. En cuanto al análisis comparativo entre las imágenes Landsat-8 y Sentinel-2 se obtuvo una relación lineal entre la superficie de agua estimada por ambos sensores con un valor de R2 = 0,87. No obstante, la mayor resolución espacial de Sentinel-2 permite detectar masas de agua más pequeñas contribuyendo a un mejor análisis de los patrones de variabilidad en el área de estudio. La información derivada de esta tesis presenta una aplicabilidad de interés medioambiental para el seguimiento del estado de los humedales ayudando a adaptar planes de gestión que conduzcan a un estado de conservación adecuado. / [CA] Els aiguamolls són un dels ecosistemes que reben major atenció per part de la comunitat científica. La seua importància es pot explicar tenint en compte que ajuden a mitigar els efectes d'inundacions, poden actuar com a filtres d'aigua i constitueixen hàbitats de valuoses espècies de fauna i flora. En els últims anys aquest tipus d'ambients estan cada vegada més amenaçats a conseqüència de la contaminació, alteracions dels nivells d'aigua associades a l'efecte del canvi climàtic i usos antròpics, introducció d'espècies invasores i els efectes negatius d'alguns canvis d'usos del sòl i determinades pràctiques associades a ells (agrícoles, pasturatge i urbanització). Per a analitzar aquests ecosistemes, la teledetecció es presenta com una eina amb alt potencial que permet identificar, avaluar i monitorar aquests espais. En aquesta tesi es van utilitzar imatges Sentinel-2A/B, Landsat-5 TM i Landsat-8 OLI per a extraure làmines d'aigua lliure en dos entorns: aiguamolls mediterranis costaners (Prat Cabanes-Torreblanca, Marjal de Sagunt, Marjal de La Safor i Marjal Pego-Oliva) i l'aiguamoll de plana al·luvial situat en el centre d'Espanya les Taules de Daimiel. Per a això, es va realitzar una anàlisi de set índexs d'aigua (NDWI, mNDWI, Cedex, Re-NDWI, Awei (sh), AWEI (nsh) i B_Blue) i de llindars per a obtindre la cartografia de les masses d'aigua lliure en aquests espais. L'objectiu principal és definir l'índex i el llindar que permeten un ús més ampli de la metodologia per a la seua aplicació en altres zones humides. També es va utilitzar informació LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) en l'aiguamoll de La Safor per a analitzar els efectes de la superfície inundada en diferents usos del sòl. L'avaluació dels resultats es va realitzar a partir de la validació amb un conjunt de mostres obtingudes a partir d'imatges d'elevada resolució espacial. Es van calcular la fiabilitat global i l'índex kappa en els aiguamolls analitzats per a diferents dates i sensors. En el cas dels aiguamolls costaners, l'índex d'aigua NDWI amb un llindar de ¿0,30 va proporcionar els resultats amb major precisió obtenint un valor mitjà de 0,89 en fiabilitat global. En el cas de l'aiguamoll de les Taules de Daimiel, es van seleccionar l'índex MNDWI i llindar ¿0,15 per a imatges Landsat-5 (fiabilitat global 0,88), l'índex MNDWI i llindar ¿0,25 per a imatges Landsat-8 (fiabilitat global 0,99) i l'índex NDWI i llindar ¿0,20 (fiabilitat global 0,99) en el cas d'imatges Sentinel-2A/B. En l'aiguamoll de les Taules de Daimiel es va realitzar una anàlisi temporal des de l'any 2000 al 2021 que va permetre calcular les anomalies de la superfície d'aigua, de la precipitació, del nivell piezomètric i del cabal hidrològic. Aquesta reconstrucció temporal també va permetre comparar els resultats derivats a partir de les imatges Sentinel-2A/B i de les imatges Landsat 8. Es va realitzar una anàlisi de correlació entre els índexs d'anomalies calculats, que revela una correlació no significativa entre les anomalies precipitació i de superfície d'aigua. Mentre que l'índex d'anomalies de superfície d'aigua si va presentar una correlació estadísticament significativa amb els índexs d'anomalia de cabal i de nivells piezomètrics. Quant a l'anàlisi comparativa entre les imatges Landsat-8 i Sentinel-2 es va obtindre una relació lineal entre la superfície d'aigua estimada per tots dos sensors amb un valor de R2 = 0,87. No obstant això, la major resolució espacial de Sentinel-2 permet detectar masses d'aigua de menor grandària contribuint a una millor anàlisi dels patrons de variabilitat en l'àrea d'estudi. La informació derivada d'aquesta tesi presenta una aplicabilitat d'interés mediambiental per al seguiment de l'estat dels aiguamolls ajudant a adaptar plans de gestió que condueixen a un estat de conservació adequat. / [EN] Wetlands are one of the ecosystems that receive the most attention from the scientific community. Their importance can be explained by the fact that they help mitigate the effects of flooding, can act as water filters, and provide habitats for valuable species of fauna and flora. In recent years, these types of environments are increasingly threatened as a result of pollution, alterations in water levels associated with the effects of climate change and anthropic uses, the introduction of invasive species and the negative effects of some changes in land use and certain practices associated with them (agriculture, grazing and urbanization). To analyze these ecosystems, remote sensing is presented as a tool with high potential to identify, evaluate and monitor these areas. In this thesis, Sentinel-2A/B, Landsat-5 TM and Landsat-8 OLI images were used to extract free water bodies in two environments: coastal Mediterranean wetlands (Prat Cabanes-Torreblanca, Marjal de Sagunto, Marjal de La Safor and Marjal Pego-Oliva) and the alluvial plain wetland located in the center of Spain, the Tablas de Daimiel. For this purpose, an analysis of seven water indices (NDWI, mNDWI, Cedex, Re-NDWI, Awei (sh), AWEI (nsh) and B_Blue) and thresholds were carried out to obtain the mapping of free water bodies in these areas. The main objective is to define the index and threshold that allow a wider use of the methodology for its application in other wetlands. LiDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) information was also used in La Safor wetland to analyze the effects of the flooded surface on different land uses. The evaluation of the results was carried out based on the validation with a set of samples obtained from high spatial resolution images. The overall accuracy and the kappa index were calculated for the wetlands analyzed for different dates and sensors. In the case of the coastal wetlands, the NDWI water index with a threshold of ¿0.30 provided the most accurate results with an average value of 0.89 in global accuracy. In the case of Las Tablas de Daimiel wetland, the MNDWI index and threshold ¿0.15 were selected for Landsat-5 images (overall accuracy 0.88), the MNDWI index and threshold ¿0.25 for Landsat-8 images (overall accuracy 0.99) and the NDWI index and threshold ¿0.20 (overall accuracy 0.99) in the case of Sentinel-2A/B images. In Las Tablas de Daimiel wetland, a temporal analysis was carried out from 2000 to 2021 to calculate the anomalies of the water surface, precipitation, piezometric level and hydrological flow. This temporal reconstruction also made it possible to compare the results derived from Sentinel-2A/B images and Landsat 8 images. A correlation analysis was performed between the calculated anomaly indices, which revealed a non-significant correlation between the precipitation and water surface anomalies. However, the water surface anomaly index did show a statistically significant correlation with the flow anomaly and piezometric level indexes. As for the comparative analysis between Landsat-8 and Sentinel-2 images, a linear relationship was obtained between the water surface estimated by both sensors with a value of R2 = 0.87. However, the higher spatial resolution of Sentinel-2 allows the detection of smaller water masses contributing to a better analysis of the variability patterns in the study area. The information derived from this thesis presents an application of environmental interest for monitoring the state of wetlands helping to adapt management plans that lead to an adequate conservation status. / Pena Regueiro, J. (2023). Monitorización de cambios en la lámina libre de agua en humedales mediante teledetección [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196109 / Compendio