Assessing the effects of traditional soil conservation structures on sediment connectivity in mediterranean catchments using remote sensing and gis

Resumen

Comprender las dinámicas sedimentarias en cuencas de drenaje es un tema central en la investigación en Ciencias de la Tierra debido a sus importantes implicaciones sobre la gestión de los recursos hídricos, la agricultura, la evolución del paisaje y los ecosistemas. La transferencia de sedimentos está fuertemente determinada por numerosos factores naturales tales como la climatología, la litología, la vegetación o las características morfológicas de la cuenca, pero en la región Mediterránea los factores antropogénicos tienen una especial relevancia. Por esa razón, en el actual contexto de Cambio Global, estudiar los impactos de los cambios en los usos del suelo y de las actividades humanas sobre las dinámicas hidrosedimentarias supone un reto científico preferencial. Tradicionalmente, la eficiencia de una cuenca al transferir sedimentos se ha estimado mediante el cálculo de balances de sedimento, que permiten establecer la proporción de materiales erosionados que alcanzan el punto de drenaje. Sin embargo, este enfoque metodológico resulta insuficiente para analizar las dinámicas internas de la cuenca ya que no proporciona información sobre la variabilidad espaciotemporal de los flujos de sedimento que se producen en su interior. En los años recientes y gracias al advenimiento de las nuevas tecnologías en el análisis y observación en Geomorfología, el concepto conectividad del sedimento ha emergido como un marco conceptual más adecuado para analizar los mecanismos internos de (des- )acoplamiento de los procesos de transferencia de sedimento, su frecuencia y magnitud o su retroalimentación espacial y temporal, permitiendo una mejor comprensión de los efectos de actividades humanas y distintos elementos antrópicos. En esta tesis se evalúan los efectos de distintas estructuras tradicionales de conservación del suelo sobre la conectividad del sedimento en el interior de dos cuencas mediterráneas bajo dinámicas del cambio global representativas de áreas montañosas (Sa Font de la Vila, 4,8 km2) y de áreas llanas (Can Revull, 1,4 km2). La variabilidad espaciotemporal de los flujos de sedimento se analizó combinando el cálculo del índice de conectividad de Borselli et al. (2008) –usando el método de Cavalli et al. (2013)– con distintas técnicas para su validación, incluyendo cartografía de campo, análisis de muestras de suelo y mediciones de formas de erosión/deposición mediante campañas aéreas con drone y fotogrametría digital automatizada. En la cuenca del Torrent de Sa Font de la Vila, la presencia masiva de distintos tipos de terrazas dio como resultado patrones espaciales de conectividad muy diferentes con respecto a otros estudios en cuencas sin terrazas. Debido a sus características morfológicas y a su posición relativa dentro del sistema de drenaje, estas estructuras generaron (i) una desconexión general entre los distintos compartimentos de la cuenca y (ii) una concentración de los flujos de agua y sedimento a lo largo de trayectorias preferenciales asociada al colapso en cascada de los muros de las terrazas. El 73% de los puntos de colapso en los muros se localizaron sobre estos caminos con altos valores de IC. Esta correspondencia espacial se relacionó con dinámicas de retroalimentación a partir de las cuales la caída de los muros genera una mayor concentración de la escorrentía que, a su vez, favorece los procesos hidráulicos que causan su caída. En consecuencia, las zonas de terrazas abandonadas mostraron un desarrollo más avanzado de procesos erosivos, y exhibieron indicadores de calidad del suelo significativamente más bajos con respecto a zonas sin terrazas. La ocurrencia de sucesivos incendios forestales en Sa Font de la Vila también se identificó como un factor relevante que exacerba aún más estos procesos de degradación de los suelos. En la cuenca de Can Revull, el diseño y configuración de los sistemas tradicionales de drenaje favorecieron (i) el desacoplamiento de los flujos en el interior de las laderas, así como una desconexión ladera−llanura aluvial y llanura aluvial−canal, y (ii) una mayor conectividad longitudinal a lo largo de la red de canales artificiales. Las observaciones de campo corroboraron que, durante eventos frecuentes de moderada magnitud, la combinación de canales superficiales y subsuperficiales facilita un drenaje rápido del exceso de agua y, a su vez, una disminución de la escorrentía superficial en el interior de los campos de cultivo. Sin embargo, durante eventos menos frecuentes de alta magnitud (T=25 años) se sobrepasó la capacidad de las estructuras, generando nuevos trazados de flujo de sedimento y un aumento remarcable del área efectiva de la cuenca, así como de la exportación de sedimento. A lo largo de tres eventos de inundación consecutivos se produjeron cambios en patrones de distribución de los flujos superficiales, aumentando la densidad de drenaje, así como la longitud y profundidad de las formas de erosión concentrada. Esta tesis reveló que, mientras están bien mantenidas, las estructuras de conservación del suelo actúan como controles antropogénicos de la sensitividad de la cuenca, reduciendo su conectividad estructural e imponiendo umbrales de precipitación muy elevados para la activación de procesos de transferencia de sedimento. Sin embargo, su abandono y degradación desencadena dinámicas de retroalimentación entre la conectividad estructural y funcional que alteran los patrones espaciotemporales de los flujos de sedimento, acelerando los procesos de erosión y degradación del suelo. La conectividad del sedimento demostró ser un marco conceptual adecuado para estudiar los efectos de estos elementos antrópicos sobre los flujos de sedimento en el interior de las cuencas. La identificación precisa de las zonas de generación del sedimento, de deposición y los mecanismos de intercomunicación interzonales, así como la magnitud–frecuencia de los procesos de (des-)acoplamiento de sedimentos puede tener aplicaciones para la gestión sostenible de tierras o para el mantenimiento y mejora de las estructuras tradicionales de conservación del suelo.