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

Résumé

Comprendre les dinàmiques sedimentàries en conques de drenatge és un tema d’investigació central en Ciències de la Terra per les importants implicacions que tenen sobre la gestió dels recursos hídrics, l'agricultura, l'evolució del paisatge i els ecosistemes. La transferència de sediment està fortament determinada per nombrosos factors naturals com ara la climatologia, la litologia, la vegetació o les característiques morfològiques de la conca. Cal afegir, emperò, que a la regió Mediterrània els factors antropogènics tenen una especial rellevància, fet pel qual i en l'actual context de Canvi Global, estudiar els impactes dels canvis en els usos del sòl i de les activitats humanes sobre les dinàmiques hidrosedimentàries suposa un repte científic preferencial. Tradicionalment, l'eficiència d'una conca a l’hora de transferir sediments s'ha estimat mitjançant el càlcul de balanços de sediment, que permeten establir la proporció de materials erosionats que arriben al punt de drenatge. No obstant això, aquest enfocament metodològic resulta insuficient per analitzar les dinàmiques internes de la conca ja que no proporciona informació sobre variabilitat espacio-temporal dels fluxos de sediment que es produeixen al seu interior. Recentment i amb l’adveniment de les noves tecnologies per a l’anàlisi i observació en Geomorfologia, el concepte connectivitat del sediment ha emergit com un marc conceptual més adequat per analitzar els mecanismes interns de (des-)acoblament dels processos de transferència de sediment, la seva freqüència i magnitud o la seva retroalimentació espacial i temporal, la qual cosa permet comprendre millor els efectes de les activitats humanes i de diferents elements antròpics. En aquesta tesi s’avaluen els efectes de diferents estructures tradicionals de conservació del sòl sobre la connectivitat del sediment a l'interior de dues conques mediterrànies sota dinàmiques del canvi global, representatives d’àrees muntanyoses (Sa Font de la Vila; 4,8 km2) i d’àrees planes (Can Revull, 1,4 km2). La variabilitat espacio-temporal dels fluxos de sediment es va analitzar combinant el càlcul de l'índex morfomètric de connectivitat proposat per Borselli et al. (2008) –usant el mètode de Cavalli et al. (2013)– amb diferents tècniques per a la seva validació, incloent cartografia de camp, anàlisi de mostres de sòl i mesures de formes d'erosió/deposició mitjançant campanyes aèries amb dron i fotogrametria digital automatitzada. A la conca del Torrent de sa Font de la Vila, la presència massiva de diferents tipus de terrasses va donar com a resultat patrons espacials de connectivitat de sediment molt diferents respecte als d’altres estudis en conques muntanyoses sense terrasses. Degut a les seves característiques morfològiques i a la seva posició relativa dins el sistema de drenatge, aquestes estructures van generar (i) una desconnexió general entre els diferents compartiments de la conca i (ii) una concentració dels fluxos d'aigua i sediment al llarg de trajectòries preferencials, associada al col·lapse en cascada dels murs de les terrasses. El 73% dels punts de col·lapse en els murs es van localitzar sobre aquests camins altament connectats. Aquesta correspondència espacial es va relacionar amb dinàmiques de retroalimentació a partir de les quals la caiguda dels murs genera una major concentració dels fluxos superficials que, al seu torn, afavoreix els processos hidràulics que causen aquesta caiguda. En conseqüència, les zones de terrasses abandonades van mostrar un desenvolupament més avançat de processos erosius i van exhibir indicadors de qualitat del sòl significativament més baixos en relació a zones sense terrasses. L'ocurrència de successius incendis forestals a Sa Font de la Vila també es va identificar com un factor rellevant que exacerba encara més aquests processos de degradació dels sòls. A la conca de Can Revull el disseny i configuració dels sistemes tradicionals de drenatge van afavorir (i) el desacoblament dels fluxos a l'interior dels vessants, així com el desacoblament vessant–plana al·luvial i plana al·luvial–canal, i (ii) una major connectivitat longitudinal al llarg la xarxa de canals artificials. Les observacions de camp van corroborar que, durant esdeveniments freqüents de moderada magnitud, la combinació de canals superficials i subsuperficials va facilitar un drenatge ràpid de l'excés d'aigua i, alhora, una disminució de l'escorrentia superficial a l'interior dels camps de cultiu. No obstant això, durant esdeveniments menys freqüents d'alta magnitud (T = 25 anys) es va sobrepassar la capacitat de les estructures, generant nous traçats de fluxos de sediment i un augment remarcable de l'àrea efectiva de la conca, així com d’exportació de sediments. Al llarg de tres esdeveniments d'inundació consecutius es van produir canvis en patrons de distribució dels fluxos superficials, augmentant la densitat de drenatge, així com la longitud i profunditat de les formes d'erosió concentrada. Aquesta tesi demostra que, mentre estan ben mantingudes, les estructures tradicionals de conservació del sòl actuen com a controls antropogènics de la sensitivitat de la conca, reduint la seva connectivitat estructural i imposant llindars de precipitació molt elevats per a l'activació de processos de transferència de sediment. No obstant això, la seva degradació desencadena dinàmiques de retroalimentació entre la connectivitat estructural i funcional que alteren els patrons espacio-temporals dels fluxos de sediment, accelerant els processos d'erosió i degradació del sòl. La connectivitat de sediments ha demostrat ser un marc conceptual adequat per estudiar els efectes de diferents elements antròpics sobre els fluxos de sediment a l'interior de les conques. La identificació precisa de zones de generació de sediment, de deposició i els mecanismes d’intercomunicació interzonals, així com la magnitud-freqüència dels processos de (des-)acoblament pot tenir aplicacions per a la gestió sostenible de terres o per al disseny d'actuacions que permetin reduir l'erosió i degradació dels sòls.