Published August 1, 2023
| Version v1
Publication
Open
Seasonal water storage and release dynamics of <i>bofedal</i> wetlands in the Central Andes
Creators
- 1. Imperial College London
- 2. Pontifical Catholic University of Peru
- 3. National University of Saint Anthony the Abbot in Cuzco
- 4. Asociación para la Conservación de la Cuenca Amazónica
- 5. British Geological Survey
- 6. University of Birmingham
Description
Abstract Tropical high‐Andean wetlands, locally known as 'bofedales', are key ecosystems sustaining biodiversity, carbon sequestration, water provision and livestock farming. Bofedales' contribution to dry season baseflows and sustaining water quality is crucial for downstream water security. The sensitivity of bofedales to climatic and anthropogenic disturbances is therefore of growing concern for watershed management. This study aims to understand seasonal water storage and release characteristics of bofedales by combining remote sensing analysis and ground‐based monitoring for the wet and dry seasons of late 2019 to early 2021, using the glacierised Vilcanota‐Urubamba basin (Southern Peru) as a case study. A network of five ultrasound loggers was installed to obtain discharge and water table data from bofedal sites across two headwater catchments. The seasonal extent of bofedales was mapped by applying a supervised machine learning model using Random Forest on imagery from Sentinel‐2 and NASADEM. We identified high seasonal variability in bofedal area with a total of 3.5% and 10.6% of each catchment area, respectively, at the end of the dry season (2020), which increased to 15.1% and 16.9%, respectively, at the end of the following wet season (2021). The hydrological observations and bofedal maps were combined into a hydrological conceptual model to estimate the storage and release characteristics of the bofedales, and their contribution to runoff at the catchment scale. Estimated lag times between 1 and 32 days indicate a prolonged bofedal flow contribution throughout the dry season (about 74% of total flow). Thus, our results suggest that bofedales provide substantial contribution to dry season baseflow, water flow regulation and storage. These findings highlight the importance of including bofedales in local water management strategies and adaptation interventions including nature‐based solutions that seek to support long‐term water security in seasonally dry and rapidly changing Andean catchments.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تعد الأراضي الرطبة الاستوائية عاليةالأنديز، والمعروفة محليًا باسم "bofedales"، أنظمة بيئية رئيسية تدعم التنوع البيولوجي وعزل الكربون وتوفير المياه وتربية الماشية. تعد مساهمة Bofedales في التدفقات الأساسية للموسم الجاف والحفاظ على جودة المياه أمرًا بالغ الأهمية لأمن المياه في اتجاه مجرى النهر. لذلك فإن حساسية البوفيديل للاضطرابات المناخية والبشرية هي مصدر قلق متزايد لإدارة مستجمعات المياه. تهدف هذه الدراسة إلى فهم تخزين المياه الموسمية وخصائص إطلاق البوفيديل من خلال الجمع بين تحليل الاستشعار عن بعد والرصد الأرضي للمواسم الرطبة والجافة من أواخر عام 2019 إلى أوائل عام 2021، باستخدام حوض فيلكانوتا أوروبامبا الجليدي (جنوب بيرو) كدراسة حالة. تم تركيب شبكة من خمسة قطع أشجار بالموجات فوق الصوتية للحصول على بيانات التصريف وبيانات منسوب المياه الجوفية من مواقع بوفدال عبر اثنين من مستجمعات المياه الرأسية. تم تعيين المدى الموسمي لـ bofedales من خلال تطبيق نموذج تعلم آلي خاضع للإشراف باستخدام Random Forest على الصور من Sentinel‐2 و NASADEM. حددنا تقلبات موسمية عالية في منطقة بوفدال بإجمالي 3.5 ٪ و 10.6 ٪ من كل منطقة مستجمعات مياه، على التوالي، في نهاية موسم الجفاف (2020)، والتي ارتفعت إلى 15.1 ٪ و 16.9 ٪، على التوالي، في نهاية موسم الأمطار التالي (2021). تم دمج الملاحظات الهيدرولوجية وخرائط بوفدال في نموذج مفاهيمي هيدرولوجي لتقدير خصائص تخزين وإطلاق بوفدال، ومساهمتها في الجريان السطحي على نطاق مستجمعات المياه. تشير أوقات التأخير المقدرة بين 1 و 32 يومًا إلى مساهمة طويلة في التدفق البوفيدي طوال موسم الجفاف (حوالي 74 ٪ من إجمالي التدفق). وبالتالي، تشير نتائجنا إلى أن bofedales توفر مساهمة كبيرة في التدفق الأساسي للموسم الجاف، وتنظيم تدفق المياه وتخزينها. تسلط هذه النتائج الضوء على أهمية إدراج البوفيديل في استراتيجيات إدارة المياه المحلية وتدخلات التكيف بما في ذلك الحلول القائمة على الطبيعة التي تسعى إلى دعم الأمن المائي طويلالأجل في مستجمعات الأنديز الجافة موسمياً والسريعة التغير.Translated Description (French)
Résumé Les zones humides tropicales des hautesAndes, connues localement sous le nom de « bofedales », sont des écosystèmes clés qui soutiennent la biodiversité, la séquestration du carbone, l'approvisionnement en eau et l'élevage. La contribution des Bofedales aux flux de base de la saison sèche et au maintien de la qualité de l'eau est cruciale pour la sécurité de l'eau en aval. La sensibilité des bofedales aux perturbations climatiques et anthropiques est donc de plus en plus préoccupante pour la gestion des bassins versants. Cette étude vise à comprendre les caractéristiques saisonnières de stockage et de libération de l'eau des bofedales en combinant l'analyse par télédétection et la surveillance au sol pour les saisons humides et sèches de fin 2019 à début 2021, en utilisant le bassin glaciaire de Vilcanota-Urubamba (sud du Pérou) comme étude de cas. Un réseau de cinq enregistreurs à ultrasons a été installé pour obtenir des données sur les rejets et la nappe phréatique des sites de bofedal dans deux bassins versants. L'étendue saisonnière des bofédales a été cartographiée en appliquant un modèle d'apprentissage automatique supervisé utilisant Random Forest sur des images de Sentinel‐2 et NASADEM. Nous avons identifié une forte variabilité saisonnière dans la zone de bofedal avec un total de 3,5% et 10,6% de chaque zone de captage, respectivement, à la fin de la saison sèche (2020), qui a augmenté à 15,1% et 16,9%, respectivement, à la fin de la saison humide suivante (2021). Les observations hydrologiques et les cartes des bofedales ont été combinées en un modèle conceptuel hydrologique pour estimer les caractéristiques de stockage et de libération des bofedales et leur contribution au ruissellement à l'échelle du bassin versant. Les temps de latence estimés entre 1 et 32 jours indiquent une contribution prolongée du débit bofedal tout au long de la saison sèche (environ 74 % du débit total). Ainsi, nos résultats suggèrent que les bofedales apportent une contribution substantielle au débit de base de la saison sèche, à la régulation du débit d'eau et au stockage. Ces résultats soulignent l'importance d'inclure les bofedales dans les stratégies locales de gestion de l'eau et les interventions d'adaptation, y compris les solutions baséessur la nature qui cherchent à soutenir la sécurité de l'eau à longterme dans les bassins versants andins saisonnièrement secs et en évolution rapide.Translated Description (Spanish)
Resumen Los humedales tropicales altoandinos, conocidos localmente como 'bofedales', son ecosistemas clave que sostienen la biodiversidad, el secuestro de carbono, el suministro de agua y la ganadería. La contribución de Bofedales a los flujos de base de la estación seca y al mantenimiento de la calidad del agua es crucial para la seguridad del agua aguas abajo. Por lo tanto, la sensibilidad de los bofedales a las perturbaciones climáticas y antropogénicas es motivo de creciente preocupación para la gestión de las cuencas hidrográficas. Este estudio tiene como objetivo comprender las características estacionales de almacenamiento y liberación de agua de los bofedales mediante la combinación de análisis de teledetección y monitoreo terrestre para las estaciones húmedas y secas de finales de 2019 a principios de 2021, utilizando la cuenca glaciarizada deVilcanota-Urubamba (sur de Perú) como estudio de caso. Se instaló una red de cinco registradores de ultrasonido para obtener datos de descarga y nivel freático de los sitios de bofedal en dos cuencas hidrográficas. La extensión estacional de bofedales se mapeó aplicando un modelo de aprendizaje automático supervisado utilizando Random Forest en imágenes de Sentinel‐2 y NASADEM. Identificamos una alta variabilidad estacional en el área bofedal con un total de 3.5% y 10.6% de cada área de captación, respectivamente, al final de la temporada seca (2020), que aumentó a 15.1% y 16.9%, respectivamente, al final de la siguiente temporada húmeda (2021). Las observaciones hidrológicas y los mapas bofedales se combinaron en un modelo conceptual hidrológico para estimar las características de almacenamiento y liberación de los bofedales, y su contribución a la escorrentía a escala de cuenca. Los tiempos de retardo estimados entre 1 y 32 días indican una contribución prolongada del flujo bofedal a lo largo de la estación seca (alrededor del 74% del flujo total). Por lo tanto, nuestros resultados sugieren que los bofedales proporcionan una contribución sustancial al flujo base de la estación seca, la regulación del flujo de agua y el almacenamiento. Estos hallazgos resaltan la importancia de incluir a los bofedales en las estrategias locales de gestión del agua y las intervenciones de adaptación, incluidas las soluciones basadasen la naturaleza que buscan apoyar la seguridad hídrica a largo plazo en las cuencas andinas estacionalmente secas y rápidamente cambiantes.Files
hyp.14940.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d62f509fa0df00bd10cdb63eca1938e3
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تخزين المياه الموسمية وديناميكيات الإفراج عن الأراضي <i>الرطبة</i> بوفدال في جبال الأنديز الوسطى
- Translated title (French)
- Dynamique saisonnière du stockage et de la libération de l'eau dans <i>les</i> zones humides de Bofedal dans les Andes centrales
- Translated title (Spanish)
- Dinámica estacional de almacenamiento y liberación de agua de humedales <i>bofedales</i> en los Andes Centrales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4385583897
- DOI
- 10.1002/hyp.14940
References
- https://openalex.org/W1498704255
- https://openalex.org/W1607817741
- https://openalex.org/W1846511332
- https://openalex.org/W1969678236
- https://openalex.org/W2004609727
- https://openalex.org/W2011500029
- https://openalex.org/W2038500107
- https://openalex.org/W2044865858
- https://openalex.org/W2046896344
- https://openalex.org/W2078298279
- https://openalex.org/W2087379025
- https://openalex.org/W2088572913
- https://openalex.org/W2091287565
- https://openalex.org/W2101711129
- https://openalex.org/W2103340022
- https://openalex.org/W2171074980
- https://openalex.org/W2186422449
- https://openalex.org/W2214561653
- https://openalex.org/W2261059368
- https://openalex.org/W2277497547
- https://openalex.org/W2305541530
- https://openalex.org/W2346445647
- https://openalex.org/W2404740504
- https://openalex.org/W2562562477
- https://openalex.org/W2593051228
- https://openalex.org/W2617821883
- https://openalex.org/W2728001753
- https://openalex.org/W2776305546
- https://openalex.org/W2790818753
- https://openalex.org/W2802279295
- https://openalex.org/W2810989383
- https://openalex.org/W2883269181
- https://openalex.org/W2904142556
- https://openalex.org/W2915776688
- https://openalex.org/W2919190051
- https://openalex.org/W2920833431
- https://openalex.org/W2921701549
- https://openalex.org/W2923635768
- https://openalex.org/W2955744576
- https://openalex.org/W2974272795
- https://openalex.org/W2978915609
- https://openalex.org/W3014982997
- https://openalex.org/W3015975897
- https://openalex.org/W3084452890
- https://openalex.org/W3092272215
- https://openalex.org/W3102571016
- https://openalex.org/W3104846350
- https://openalex.org/W3120962168
- https://openalex.org/W3155170202
- https://openalex.org/W3172444956
- https://openalex.org/W3210432878
- https://openalex.org/W3213300172
- https://openalex.org/W4280538907
- https://openalex.org/W4308464393
- https://openalex.org/W4319662419