tesis serrano muela 2012.pdf
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Universidad de Zaragoza - Departamento de Geografía y
Ordenación del Territorio
Instituto Pirenaico de cología
Influencia de la cu!ierta vegetal y las
propiedades del suelo en la respuesta
"idrológica# generación de escorrentía
en una cuenca forestal de la monta$a
media pirenaica
T%I% DO&TO'()
*('+( PI)(' %''(,O *U)(
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Universidad de Zaragoza – Facultad de Filosofía y Letras
Departamento de Geografía y Ordenación del Territorio
Influencia de la cubierta vegetal y las
propiedades del suelo en la respuestahidrológica: generación de escorrentía en
una cuenca forestal de la montaña media
pirenaica
por
MARÍA PIAR !"RRA#$ M%"A
emoria presentada para optar al grado
de Doctora en Geografía por la
Universidad de Zaragoza
Zaragoza! "#$"
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"ste traba&o ha sido dirigido por el 'r( '( 'avid Reg)*s Muño+, -ientífico .itular
del -onse&o !uperior de Investigaciones -ientíficas /-!I-0 en el Instituto Pirenaico
de "cología(
La realización de esta Tesis %a contado con la ayuda de una &eca predoctoral del
programa '() del *onse+o ,uperior de 'nvestigaciones *ientíficas -*,'*.! en su
convocatoria de "##/ -0O1232"##/2"$#$/.4 Dic%a &eca esta&a asociada al proyecto
de investigación 5)rocesos %idrológicos en cuencas pirenaicas en relación con los
cam&ios de uso del suelo y las fluctuaciones clim6ticas7! -)'8'918O,! 81:"##(2
#;9'D.4
Tam&i?n %a participado de los siguientes proyectos de investigación@
5*aracterización y modelización de procesos y regímenes %idrológicos en cuencas
aforadas para la predicción en cuencas no aforadas7 -*3:O3! *GL"##A2#AB$B2*#"2
#$>9'D. y 5)rocesos y &alances %idrológicos y de sedimentos a diferentes escalas
espaciales en am&ientes mediterr6neos@ 1fectos de las fluctuaciones clim6ticas y los
cam&ios de uso del suelo -)royecto *O:,OL'D18.7 -)8O03,1! *LG"##inisterio de 3gricultura -Dirección General de *onservación de la :aturaleza.
– 8ed de estaciones eFperimentales de seguimiento y evaluación de la erosión y
desertificación7 -81,1L.! financiado por el inisterio de 3griculturaC y 5alidación
de un modelo acoplado de simulación de procesos %idrológicos e %idr6ulicos
utilizando datos de cuencas eFperimentales en montaa mediterr6nea7
-)#;;>"##
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'avid Reg)*s Muño+, -ientífico .itular del -onse&o !uperior de
Investigaciones -ientíficas /-!I-0
1A-" -$#!.AR:
Hue el tra&a+o descrito en la presente memoria! titulado@ 5'nfluencia de la
cu&ierta vegetal y las propiedades del suelo en la respuesta %idrológica@
generación de escorrentía en una cuenca forestal de la montaa media
pirenaica7! %a sido realizado &a+o su dirección por Da4 aría )ilar ,errano
uela! en el 'nstituto )irenaico de 1cología! *,'*! y reIne todos los reJuisitos
necesarios para optar al grado de Doctora en Geografía4
Zaragoza! A de octu&re de "#$"
'r( 'avid Reg)*s Muño+
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2ngel Pueyo -ampos, Profesor .itular de la %niversidad de 3arago+a
1A-" -$#!.AR:
Hue el tra&a+o descrito en la presente memoria! titulado@ 5'nfluencia de la
cu&ierta vegetal y las propiedades del suelo en la respuesta %idrológica@
generación de escorrentía en una cuenca forestal de la montaa media
pirenaica7! %a sido realizado &a+o su tutela por Da4 aría )ilar ,errano uela!
dentro del )rograma de Doctorado en Geografía y edio 3m&iente del
Departamento de Geografía y Ordenación del Territorio de la Universidad de
Zaragoza4
Zaragoza! A de octu&re de "#$"
'r( 2ngel Pueyo -ampos
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Agradecimientos
La realización del Doctorado %a supuesto una de las aventuras m6s importantes de mi vida4
Durante este largo camino %an ido surgiendo dificultades Jue no %u&iera superado sin la
ayuda y el apoyo de numerosas personas4 3 todas ellas Juiero dedicar estas líneas4
1sta Tesis se %a realizado en el grupo de )rocesos Geoam&ientales y *am&io Glo&al del
'nstituto )irenaico de 1cología4 1l aspecto m6s enriJuecedor no sólo del grupo! sino del
'nstituto! es la gente Jue forma parte de ?l! uno de los puntos fuertes en los Jue me %e
apoyado durante todos estos aos4
1n primer lugar agradezco a David 8egK?s su la&or como director del tra&a+o4 *reo Jue esta
tesis empezó siendo un reto para los dos! pero tI %as demostrado tu eFperiencia científica
y %as sa&ido proponerme soluciones a cuantos pro&lemas! dilemas y dudas me %an ido
surgiendo en este largo camino! Jue sa&emos %an sido innumera&les4 Gracias por todo el
tiempo Jue %as invertido corrigiendo los tra&a+os y tam&i?n por %a&er participado en eltra&a+o de campo! me considero muy afortunada en este sentido4
Gracias tam&i?n a os? ari García 8uiz4 Gracias por todo@ por %a&erme considerado parte
del grupo desde el primer día! por %a&er confiado en mí! por %a&erme concedido todo el
tiempo necesario para Jue este tra&a+o %aya finalizado! por tu preocupación incesante por
los m6s +óvenes del grupo! pero so&re todo! gracias por toda tu generosidad! Jue Juienes
te conocemos sa&emos Jue es muc%a! nos ofreces tu tiempo desinteresadamente! una de
las cosas m6s valiosas! no sólo en esta profesión sino en la vida4
3 Teodoro! un gran geógrafo donde los %aya4 Gracias por tu ayuda! tus conse+os y las
conversaciones casi diarias so&re todos los aspectos de la vida! por los días de campo +untos
recorriendo el alle del 1starrIn4 3 *arlos! gracias por compartir toda tu sa&iduría! tus
vivencias y las an?cdotas m6s divertidas Jue %as almacenado durante toda tu carrera
científica4 9as sido siempre un magnífico enlace entre vosotros científicos maduros y los
+óvenes reci?n llegados y llenos de ineFperiencia4 Gracias por %a&ernos %ec%o de guía -en
sentido literal. y %a&ernos enseado tantas cosas del )irineo! por supuesto con ese toJue
tan especial Jue te caracteriza4
Un agradecimiento especial me gustaría dedicar a mis dos compaeras de cuenca! 1stela y
:oemí4 Gracias por todas las %oras Jue %emos compartido en nuestras Jueridas cuencas!
tra&a+ando mano a mano indistintamente en cada una de ellas! llenando nuestros -me+ores.
aos de doctorado con irrepeti&les momentos e infinidad de an?cdotas! con un &alance
siempre positivo4 Gracias por esas pala&ras de aliento cuando me %a %ec%o falta remontar
algIn &ac%e y tam&i?n por vuestra ayuda! Jue no %a %ec%o falta pedirla! a pesar de la
distancia de los Iltimos aos4
3 ?rMme! gracias por tu valiosa ayuda en el campo y por tus &uenos conse+os %idrológicos4
3 esIs y Luis de la empresa Oc%e *ontrol y 1Juipamientos ,4L4! por vuestra ayuda en la
instrumentación de las cuencas y en las reparaciones4
3 todo el personal de 3dministración del 'nstituto )irenaico de 1cología4 Gracias por
solucionar los pro&lemas Jue %an ido surgiendo en este periodo! por vuestro constante
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inter?s! no sólo en lo Jue concierne a lo la&oral sino tam&i?n en lo personal! porJue me
%a&?is aconse+ado y ayudado cuando %e necesitado4 Gracias a todos! porJue con vuestro
tra&a+o y eficiencia los dem6s podemos realizar nuestras tareas diariamente@ Trini! aría
esIs! )iedad! *ecilia! ariola y 3dela4 3 3ntonio! Jue ves una solución r6pida donde
nosotros tenemos un pro&lema4 3 os? anuel! porJue nunca %as desatendido mis
pro&lemas inform6ticos! especialmente cuando era reci?n llegada4 3 )az y esIs artínez!
porJue siempre Jue %e tenido dudas relacionadas con los ,'G me %a&?is ayudado! y
aconse+ado4 3 iguel porJue nos %as revolucionado con el softNare li&re4
3 todo el personal Jue tra&a+a en los la&oratorios del ')1! donde tantas veces %emos
pedido ayuda4 1specialmente a elc%or y erce Jue los dirigen eficientemente! a 3l&erto y
a las c%icas@ 3ída! 0ea y 8aJuel! 9elena y ictoria4 Gracias por %a&erme ec%ado una mano
con todas las muestras de agua de los ríos de nuestras cuencas y con las muestras de suelo4
3 todas las personas Jue en algIn momento %a&?is compartido una +ornada de campo
conmigo4 1specialmente a )edro Jue siempre vienes encantado4 :o Juiero olvidar a1ugenio! 1t%el! ,ilvia! 3na 4! aite! *ecilia *4! esIs 4! esIs 84! 9oracio! *armelo!
3m?rica y a mis amigos ,ara y avi4 'r al campo &ien acompaada no tiene precio4 Gracias
tam&i?n a uan )a&lo! )en?lope! Ga&riel! elc%or! *%ec%uOpor resolverme dudas en algIn
momento! a 9ugo! por tu valiosa ayuda con los temas estadísticos! y al resto de gente del
')1! porJue incluso en el momento del caf? %e aprendido muc%as cosas4
3 todos los Jue %a&?is compartido despac%o conmigo en el ala oeste de la casa blanca -sala
$;.@ David y :ac%o en los primeros tiempos! con vosotros y los de vuestra generación
aprendí muc%as cosas! todo era nuevo y todo esta&a por aprender! vosotros er6is la
referencia a seguir! y con los aos %e podido compro&ar Jue con muc%o acierto4 ario y0elinda! +untos %emos pasado nuestras respectivas etapas m6s intensas de doctorado!
%emos compartido muc%as eperiencias y vivencias! caf? y galletas! pensamientos! dudas!
refleiones de todo tipoOpero so&re todo muy &uenos momentos! de los me+ores Jue
tendr?4 :unca me gustar6n tanto los lunes como los de aJuella ?poca! desde entonces 5 I
don’t like Mondays” 4 3na! Leti y Diego! vosotros me %a&?is conocido &a+o la eterna frase
5estoy terminando la tesis74 Gracias por vuestro 6nimo en la Iltima etapa de este tra&a+o y
por ese 5empu+oncito7 para no perderme el momento2caf?! P%a sido imprescindi&le 3naQ
:o Juiero olvidar al Departamento de Geografía de la Universidad de Zaragoza4 is
primeros tra&a+os fueron de la mano de os? Luis *alvo y Rngel )ueyo4 Gracias por laoportunidad Jue me dist?is y por todo lo Jue aprendí -y %e seguido aprendiendo. a vuestro
lado4 3dem6s! gracias Rngel por %a&er sido mi tutor! adem6s de amigo! en esta aventura4
Gracias aite por %a&er sido tI Juien me pusiera en contacto con os? ari! por tu inter?s
durante todo este tiempo dentro y fuera de lo la&oral y! en general! por todo4 Gracias
tam&i?n a )aloma! por tu dirección de una de las líneas de investigación y por tus conse+os4
3 Fernando! os? Luis! iguel y a mi Juerida ariluz! por todo vuestro inter?s durante este
tiempo4
Grazie al team di ,ergio )ellegrini del *entro di ricerca per lSagro&iologia e la pedologia
-Firenze. -*83230).! dove %o imparato! tra le altre cose! c%e anc%e nei peggiori momenti ilcielo pu essere &lu4 Grazie a tutti per avermi accolto con tanta gentilezza e per avermi
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fatto scoprire una parte della vita c%e mi era sconosciuta@ ,ergio! :adia! 8ita! *ostanza!
anessa! 8ai! arco! ,tefania! Laura! Daniele! ario! 3ndrea! 3lesandro! 1lio Grazie anc%e
a alentina itsc%eunig per avermi insegnato le c%iavi dellSitaliano4
Gracias a todos mis amigos por vuestro inter?s! preocupación y ayuda! por la alegría Jue
me %a&?is dado cuando m6s la %e necesitado! tam&i?n por %a&er Juerido sa&er en Jue %e
tra&a+ado todo este tiempo! por %a&er venido conmigo a la cuenca y participar en el tra&a+o
de campo y Ppor no a&urriros con la &i&liografíaQ PGracias amigosQ
Gracias a mi familia! especialmente a mis padres! porJue me dist?is la oportunidad de
estudiar Geografía! y porJue me %a&?is ayudado! en muc%as ocasiones sin sa&erlo! a
superar esta difícil etapa! alcanzando uno de los logros personales m6s importantes! Jue
tam&i?n es m?rito vuestro4 1ste tra&a+o va dedicado a vosotros! pero especialmente a mi
padre! Jue seguro estaría radiante de alegría y satisfacción4
Gracias a ,ergio! por todo4 )orJue tam&i?n %as formado parte de este tra&a+o desde elprimer momento y lo %as disfrutado como si fuera tu propia tesis! me %as animado a seguir
ilusionada cada día! especialmente en los momentos m6s difíciles4 ,ólo puedo darte las
gracias por lo Jue %as supuesto en mi vida día tras día durante todos estos aos! por tu
ayuda! tu comprensión infinita y %acerme tener siempre los pies en la tierra4
Gracias a la peJuea alentina! Jue llegaste en el momento +usto para %acernos a todos la
vida m6s feliz4 Grazie di esistere
E no me puedo olvidar de mis amigos perrunos ,ult6n y ,isi! Jue tantas veces %a&?is +ugado
entre los 6r&oles de la cuenca4
PG83*'3, 3 TODO,Q
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A mis padres
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
1. INTRODUCCIÓN GENERAL.…………………………………………………………………………….…..…. 1
La cuenca como unidad de estudio ……………………………………………………..…………..… 4
Las cuencas Experimentales del Instituto Pirenaico de Ecología……………..…….…... 9
Objetivos de la Tesis…………………………………………………………………………..………….…....
Estructura de la Tesis ……………………………………………………………………………..……..…… !
2. ÁREA DE ESTUDIO…………………………………………………………………………………………………. 15
2.1. El Sector del Flyc! Eoce"o……………………………………………………………………..... 1#
!... Las grandes unidades estructurales del Pirineo………………………..…….. "
!..!. #asgos geol$gicos % geomor&ol$gicos del 'ector del (l%sc)………....…. !
!..*. #asgos clim+ticos del 'ector del (l%sc)…………………………………….……... !4
!..4. ,aracterísticas de la vegetaci$n del 'ector del (l%sc)……………........…. !-
!... Los usos del suelo del 'ector del (l%sc). /n paisaje marcado
por la intensa actividad )umana………….…………………………………………...…….… !"
!..-. #asgos b+sicos de los suelos del 'ector del (l%sc)……………..………….... **
2.2. L$ c%e"c$ de S$" S$l&$dor………………………………………………………….….……...…. '(
!.!.. Locali0aci$n de la cuenca de 'an 'alvador.……………………………….…..... *4
!.!.!. #asgos geol$gicos % geomor&ol$gicos de la cuenca de 'an 'alvador. *1
!.!.*. La vegetaci$n de la cuenca de 'an 'alvador…………………………….......…. *"
'. INSTRU)ENTACIÓN * )ETODOLOGÍA DE LA TESIS………………………………………...…….. (1
'.1. Et%d+o de l$ tr$col$c+," y ecorre"t-$ cort+c$l……………………………….…....... ('
*... Instrumentaci$n para el estudio de la partici$n de lluvia……...…….... 4*
*.... Pluvi$metros totali0adores……………………………………………..…. 4*
*...!. 2nillos de escorrentía cortical…………………………………………….. 44
*..!. Estrategia de muestreo……………………………………………………………………. 4-
*..!.. ,riterios de selecci$n de las parcelas……………………………….…. 4-
*..!.!. 3iseo de la geometría de la parcela……………………………….…. 4-
*..!.*. 5edici$n de la lluvia trascolada………………………………..….……. 4-
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*..!.4. 5edici$n de la escorrentía cortical…………………………………….. 4"
*..!.. #ecogida de datos………………………………………………………………. 49
*..!.-. #egistro % episodio de lluvia…………………………………………….…. 6
*..!.1. Errores de medidas en campo……………………………………….…… 6
*..*. Obtenci$n del porcentaje de cobertura del suelo con
&otogra&ías )emis&7ricas digitales…….………………………………………………...……..
*..*.. Tratamiento de las im+genes…………………………………………..…. !
*..*.!. Elecci$n del +ngulo de abertura $ptimo………………………..…… *
'.2. Et%d+o de l$ ro+ed$de ed/0+c$………………………………………………….......... 5(
*.!.. Par+metros &ísicos del suelo…………………………………………………………..…
*.!... 3eterminaci$n de la resistencia mec+nica super&icial del
suelo .……………………………………………………………………………….……….……..
*.!..!. #esistencia al corte de la super&icie del suelo…….………….…… -
*.!..*. 3ensidad aparente…………………………………………………….….……. -
*.!..4. 2n+lisis del color…………………………………………………………….….. 1
*.!... 2n+lisis textural…………………………………………………………….……. "
*.!.!. Par+metros 8uímicos del suelo………………………………………………….……. "
*.!.!.. ,ontenido en carbonatos……………………………………….…….……. "
*.!.!.!. 5edici$n del p……………………………….………………………….……. 9
*.!.!.*. ,ontenido en materia org+nica………………………………….………. 9
*.!.!.4. ,arbono total % org+nico…………………………………………….…..…. -6
*.!.!.. :itr$geno………………………………………………………..…………………. -
*.!.*. Par+metros ligados a la )idrodin+mica del suelo………………………....…. -
*.!.*.. 3eterminaci$n de la capacidad de in&iltraci$n del suelo….…. -
;'imulaciones de lluvia………………………………………………………….. -!
*.!.*.!. ,apacidad de retenci$n )ídrica< medici$n del contenido
)ídrico del suelo……..…..……………………………………………………………..…… -*
;5embrana a presi$n……………………………………………………….…... -4
;La capacidad de campo =,,>………………………………………….……… -
;El punto de marc)ite0 permanente =P5P>……………………….…… --
'.'. Re%et$ !+drol,1+c$ y ed+e"tol,1+c$……………………………………………….…. 33
*.*.. 3ispositivo experimental………………………………………………………….……... --
*.*.!. Las precipitaciones………………………………………………..………………………… -9
;Tratamiento de los datos……………………………………………..………………... 16
*.*.*. La temperatura? la )umedad del aire? la radiaci$n solar % la
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velocidad el viento…………….……………………………………………………………………… 1!
*.*.4. Los caudales…………………………..……………………………………………………….. 1!
;Tratamiento de los datos……………………………………………………………….. 14
;Identi&icaci$n de crecidas………………………………………………………………. 1
*.*.. Los niveles &re+ticos………………………..………………………………………………. 1-
*.*.-. El sedimento……………………………………………………………………………………. 11
*.*.-.. Las concentraciones de sedimento en suspensi$n………….….. 11
*.*.-.!. La exportaci$n de materiales en disoluci$n. 'olutos……….….. 19
*.*.-.*. La carga de &ondo……………………………………………………….………. 19
'.(. I"0or$c+," c$rtor/0+c$……………………………………………………………….……..…… #4
*.4.. El 5odelo 3igital de Elevaciones % las variables topogr+&icas
derivadas ……………………………………………………………………………………………..…… "6
*.4.!. El mapa de vegetaci$n…………………………………………………………….….…… "
(. LOS ROCESOS DE ARTICIÓN DE LA LLU6IA EN LA CUENCA DE SAN SAL6ADOR7
TRASCOLACIÓN * ESCORRENTÍA CORTICAL…………………………………………………………….…. #'
(.1. I"trod%cc+,"…………………………………………………………………………………..…….….. #5
;Objetivos del capítulo………………………………….……………………………………….….. ""
(.2. )etodolo-$…………………………………………………………………………………………….. #84.!.. 5edici$n de la precipitaci$n? la trascolaci$n % la
escorrentía cortical………………………………………………………………………………….… "9
4.!.!. Tratamiento de los datos % problemas t7cnicos………………………………. 9
(.'. Re%lt$do…………………………………………………………………………………………..……. 81
4.*.. Precipitaci$n total? trascolaci$n % escorrentía cortical…………………….. 9!
4.*... Trascolaci$n % escorrentía cortical en la parcela de pino……. 9!
4.*..!. Trascolaci$n % escorrentía cortical en la parcela de )a%a…… 9*
a> Periodo con )ojas……………………………………………………………… 9*
b> Periodo sin )ojas………………………………………………………………. 94
4.*..*. Trascolaci$n % escorrentía cortical en la parcela de 8uejigo. 9
a> Periodo con )ojas………………………………………………………….….. 9
b> Periodo sin )ojas…………………………………………………………….… 9
4.*.!. La variabilidad de la trascolaci$n % la escorrentía cortical………………. 9-
4.*.!.. La variabilidad de la trascolaci$n en &unci$n de
la precipitaci$n……………………………………………………………..……………….… 9-
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4.*.!.!. La variabilidad espacial de la trascolaci$n…………………......….. 91
4.*.!.*. La variabilidad espacial de la escorrentía cortical…………….…. 99
4.*.*. #elaci$n entre la trascolaci$n % la cubierta vegetal………………….……… 99
4.*.4. #elaci$n entre la trascolaci$n % las características de la lluvia…….…… 6*
4.*.. #elaci$n entre la trascolaci$n % las características del bos8ue…….….. 6
(.(. D+c%+," y co"cl%+o"e e"er$le del c$-t%lo……………………………….…...…. 149
5. LOS SUELOS EN LA CUENCA DE SAN SAL6ADOR7 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS:
;UÍ)ICAS E ? el carbono org+nico total =,OT> % la
relaci$n carbono;nitr$geno =,A:>………………….………………………………….….….. 4"
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..1. ,arbonato c+lcico % p…………………………………..………………………….……. 6
..". El agua en el suelo…………………………………………..……………………….………
..9. #elaciones entre las propiedades de los suelos…..………………….………. *
;Bariaciones de las propiedades del suelo ligadas a la
pro&undidad……………………………………………………………………….….……….
;Bariaciones de las propiedades del suelo ligadas a la orientaci$n
de las laderas………………………………………………………………………….………. -
5.3. L$ c$$c+d$d de +"0+ltr$c+," del $%$ e" el %elo………………………..……..……… 15#
;Bariabilidad espacial % temporal de las tasas de in&iltraci$n en
suelos &orestales……………………………………………….……………………….…... "
;In&luencia de las condiciones &ísicas del suelo en la capacidad
de in&iltraci$n………………………………………………………..……………………….. -
5.9. D+c%+," y co"cl%+o"e e"er$le del c$-t%lo………………..……………..…..….. 13(
3. LA RESUESTA
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9. 6ALORACIÓN GLO@AL…………………………………………………………………………………..………. 2'1
9.1 6$lor$c+," de l$ +"0or$c+," d+o"+le y de lo roced++e"to
etodol,+co………………………………………………………………………..…………………..…. 2'(
9.2 6$lor$c+," de lo re%lt$do ote"+do…………………………………………………..…. 2'#
9.'. L$ c%e"c$ de S$" S$l&$dor e" el co"teBto del Flyc!……………………………..….. 2((
;La respuesta )idrol$gica en &unci$n de la cubierta vegetal……….…………….. !4-
;La respuesta sedimentol$gica en &unci$n de la cubierta vegetal…….……….. !4
;La capacidad de in&iltraci$n de los suelos en &unci$n de la cubierta
vegetal……………………………………………………………………………………………………… !-
Co"+der$c+o"e 0+"$le……………………………………………………………………………..……. 25#
L-"e$ de +"&et+$c+," 0%t%r$…………………………………………………………………..…… 23'
#. CONCLUSIONES……………………………………………………………………………….…………………..… 239
8. REFERENCIAS @I@LIOGRÁFICAS………………………………………………………………………..……. 298
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. Localización de la cuenca de San Salvador en el contexto pirenaico
y peninsular……………………………………………………………………………………………………………….. 17
Figura 2.2. Principales unidades estructurales del Pirineo en el contexto de la zona
de estudio………………………………………………………………………..……………………………………….. 20
Figura 2.3. Precipitación mensual media en dos estaciones del Sector del Flysch
!stación experimental "alle de #$sa %1&&'(200)* y #ra+,-s del Puerto %1&70(2001*….2)
Figura 2.4. apa de usos del suelo del "alle del alto #ra+ón %adaptado de Lasanta
y !rrea 2001*…………………………………………………………………………………………………………….. /0
Figura 2.5. istriución de las elevaciones en la cuenca de San Salvador……………………/'
Figura 2.6. istriución de las pendientes en la cuenca de San Salvador……………………./'Figura 2.7. "ista a-rea de la cuenca de San Salvador con las dierentes unidades
de ve+etación……………………………………………………………………………………………………………..30
Figura 3.1. Localización de las tres parcelas experimentales para el estudio de la
interceptación……………………………………………………………………………………………………………. 33
Figura 3.2. ise4o de las parcelas experimentales a5o cada una de las cuiertas
estudiadas……………………………………………………………………………………………………..………….. 37
Figura 3.3. Localización de los periles de suelo realizados en la cuenca de
San Salvador………………………………………………………………………………………………………………. ))
Figura 3.4. Localización del dispositivo instrumental en la 6uenca de San Salvador….. '
Figura 3.5. 6orrelación entre los datos diarios de precipitación del pluviómetro
#oro situado en la parte a5a de la cuenca y el pluviómetro 6ascada situado en
la parte media de la cuenca……………………………………………………………………………………….. 71
Figura 4.1. 8rascolación y escorrent$a cortical para cada una de las cuiertas
estudiadas y en cada periodo %con ho5as y sin ho5as*…………………………………………………. &/
Figura 4.2. 8endencia del coeiciente de variación de la trascolación en relación
con el incremento de la precipitación………………………………………………………………………… &'
Figura 4.3. "ariailidad espacial de la trascolación a5o cada una de las cuiertas
estudiadas y en cada periodo %con ho5as y sin ho5as*…………………………………………………. &
Figura 4.4. "ariailidad espacial de la escorrent$a cortical a5o cada una de las
cuiertas estudiadas y en cada periodo %con ho5as y sin ho5as*………………………………….. 100
Figura 4.5. 9elación del porcenta5e medio de coertura y la trascolación media
en cada uno de los pluviómetros de las parcelas experimentales……………………………… 102
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Figura 4.6. 9elación de las principales caracter$sticas de la cuierta arórea y la
trascolación media correspondiente…………………………………………………………………………. 10'
Figura 5.1. !s:uema del peril 1SS…………………………………………………………………………….. 11
Figura 5.2. !s:uema del peril 2SS…..……………………………………………………………………..…. 121
Figura 5.3. !s:uema del peril /SS………………………………………………………………………………123
Figura 5.4. !s:uema del peril 3SS…..………………………………………………………………………… 127
Figura 5.5. !s:uema del peril )SS….….……………………………………………………………………... 12&
Figura 5.6. !s:uema del peril 'SS….….……………………………………………………………………... 1/2
Figura 5.7. !s:uema del peril 7SS….….……………………………………………………………………... 1/)
Figura 5.8. ia+rama de las clases texturales se+;n
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los a4os hidroló+icos 2000(2001 a 200'(2007. # la derecha %* y %d* se
muestran la evolución de la si+niicación de las mismas relaciones…………………………… 1'
Figura 6.8. !5emplo de un hidro+rama de crecida en la cuenca de San Salvador.
Se muestran al+unas variales hidroló+icas analizadas as$ como el m-todo para
la separación de la escorrent$a de crecida…………………………………………………………………. 1&1
Figura 6.9. 9elación entre la precipitación y la escorrent$a de crecida para todos
los eventos de lluvia considerados…………………………………………………………………………….. 1&)
Figura 6.10. !volución del coeiciente de escorrent$a a escala de crecida en la
cuenca de San Salvador %1&&&(200'*…………………………………………………………………………. 1&'
Figura 6.11. !volución estacional del coeiciente de escorrent$a a escala de crecida
%10/ eventos de precipitación* en la cuenca de San Salvador %1&&&(200'*………………… 1&
Figura 6.12. 9elación entre los coeicientes de escorrent$a de crecida oservados y
%a*
el volumen de la precipitación %* el caudal de ase y %c* la intensidad m=xima
%* de la precipitación en la cuenca de San Salvador %1&&&(200'*…………………………….. 1&&
Figura 6.13. istriución espacial del >ndice 8opo+r=ico %?ir@y 1&7)* en la cuenca
de San Salvador y localización de los dos puntos de medida del nivel re=ticoA
1ASolana y 2A
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Figura 6.19. 9elación temporal entre precipitación y caudal cada ) minutos y
el nivel piezom-trico cada 20 minutos durante dos periodos sucesivos
hidroló+icamente dierentes %el primero entre enero y aril de 200' y el
se+undo entre 5unio y septiemre de 200'*………………………………………………………………. 21/
Figura 6.20. !5emplos de hidro+ramas de crecida en la cuenca de San Salvador
correspondientes al periodo seco %a* al de transición %.1 y .2* y al h;medo %c*
de 200'. #dem=s se muestra la proundidad de la capa re=tica correspondiente
a cada evento……………………………………………………………………………………………………………. 21'
Figura 6.21. os e5emplos de sedi+ramas y curvas de hist-resis de concentración de
sedimento y de caudal en dos crecidas en la cuenca de San Salvador…………………………22/
Figura 6.22. !stimación de la exportación de materiales en la cuenca de
San Salvador………………………………………………………………………………………………………………. 22'
Figura 7.1. 6oeicientes de escorrent$a anuales en relación con el porcenta5e
de coertura ve+etal en San Salvador #ra+u=s y #rn=s. %modiicado de Barc$a(9uiz
et al . 200 con datos actualizados extra$dos de la tala '.2*……………………………………. 237
Figura 7.2. Precipitación y caudal durante el a4o hidroló+ico 200)(200' en #ra+u=s
#rn=s y San Salvador %Barc$a(9uiz et al . 200*…………………………………….……………………..23
Figura 7.3. !volución temporal de los coeicientes de escorrent$a de crecida en
#ra+u=s #rn=s y San Salvador para el periodo comprendido entre los a4os
hidroló+icos 200)(200' y 200'(2007. %Lana(9enault et al . 2010*……………………………….23&
Figura 7.4. !5emplo de crecidas t$picas en la estación estival %a* y en la -poca
h;meda %* en las cuencas de #ra+u=s #rn=s y San Salvador……………………………………. 2)1
Figura 7.5. Calance de sedimento producido en las cuencas de San Salvador #rn=s
y #ra+u=s. %modiicado de Lana(9enault et al . 2010*…………………………………………….….. 2))
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ÍNDICE DE TABAS
Ta!"a 2.1. Principales caracter$sticas de la cuenca experimental de San Salvador…….. /)
Ta!"a 3.1. ispositivo instrumental de la 6uenca de San Salvador…………………………….. '
Ta!"a 4.1. 6aracter$sticas de las parcelas experimentales para el estudio de la
trascolación y la escorrent$a cortical…………………………………………………………………………. &0
Ta!"a 4.2. Porcenta5e de curimiento medio en cada parcela estudiada y en los
distintos periodos del a4o considerados y su valor de trascolación correspondiente... 101
Ta!"a 4.3. 6aracter$sticas de los eventos en unción del volumen de la precipitación.
La tala muestra los valores medio de las variales consideradas. DEP es un $ndice
:ue relaciona la interceptación del evento con la precipitación total del mismoF
valores altos de DEP indican :ue la trascolación es a5a……………………………………………… 103Ta!"a 5.1. 6aracter$sticas $sico(:u$micas del peril de suelo 1SS………………………………. 120
Ta!"a 5.2. 6aracter$sticas $sico(:u$micas del peril de suelo 2SS………………………………. 12/
Ta!"a 5.3. 6aracter$sticas $sico(:u$micas del peril de suelo /SS……………………………….. 12'
Ta!"a 5.4. 6aracter$sticas $sico(:u$micas del peril de suelo 3SS……………………………….. 12
Ta!"a 5.5. 6aracter$sticas $sico(:u$micas del peril de suelo )SS……………………………….. 1/1
Ta!"a 5.6. 6aracter$sticas $sico(:u$micas del peril de suelo 'SS……………………………….. 1/3
Ta!"a 5.7. 6aracter$sticas $sico(:u$micas del peril de suelo 7SS……………………………….. 1/7
Ta!"a 5.8. !stad$sticos descriptivos de las caracter$sticas $sicas y :u$micas de los
suelos en San Salvador. Supericie considera sólo el horizonte superior %#* de
cada peril y susupericie considera el resto de los horizontes endopediones…………. 13)
Ta!"a 5.9. !stad$sticos descriptivos de las caracter$sticas relacionadas con la
hidrodin=mica de los suelos en la cuenca de San Salvador. Supericie considera
sólo el horizonte superior %#* y susupericie considera el resto de horizontes………… 1)2
Ta!"a 5.10. 6oeicientes de correlación lineal entre las distintas propiedades
$sicas y :u$micas estudiadas…………………………………………………………………………………….. 1)/
Ta!"a 5.11. 6oeicientes de correlación lineal entre las propiedades ed=icas
=sicas y las propiedades h$dricas del suelo……………………………………………………………… 1)3
Ta!"a 5.12. 8est de dierenciación estad$stica entre horizontes supericiales
y susupericiales para solana y umr$a…………………………………………………………………….. 1)'
Ta!"a 5.13. 8est de dierenciación estad$stica entre los horizontes supericiales
de solana y umr$a y entre los horizontes susupericiales de solana y umr$a………… 1)7
Ta!"a 5.14. "alores medios m=ximos y m$nimos de iniltración en cada uno de
los ensayos realizados……………………………………………………………………………………………….. 1)&
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Ta!"a 5.15. 6ondiciones experimentales al inicio y al inal de los ensayos de
iniltraciónA contenido de humedad %en supericie entre 0() cm y entre )(10 cm
de proundidad* y resistencia mec=nica supericial %9S* inicial y inal…………….………. 1'2
Ta!"a 6.1. "alores anuales de precipitación %P* escorrent$a %!*
coeiciente de escorrent$a %6!* y d-icit h$drico %*……………………………………………………. 17)
Ta!"a 6.2. atos anuales de precipitación %P* escorrent$a %!*
d-icit de escorrent$a %GP(!* y coeiciente de escorrent$a %6!G !EP* en dierentes
cuencas del =mito mediterr=neo. Se incluyen tami-n por proximidad tres cuencas
localizadas en pleno amiente oce=nico %Pa$s "asco*……………………………………………….. 17'
Ta!"a 6.3. Principales caracter$sticas de los eventos de precipitación superiores
a mm considerados en los an=lisis………………………………………………………………………….. 1&2
Ta!"a 6.4. Principales caracter$sticas de las 3& eventos de precipitación :ue
S> han +enerado respuesta de caudal………………………………………………………………………… 1&3
Ta!"a 6.5. Principales caracter$sticas de los )3 eventos de precipitación :ue
HI han +enerado respuesta de caudal………………………………………………………………………. 1&3
Ta!"a 6.6. 6oeicientes de correlación lineal entre las distintas variales
hidroló+icas estudiadas……………………………………………………………………………………………… 201
Ta!"a 6.7. 6oeicientes de correlación lineal entre la altura media diaria del
nivel re=tico y la precipitación total diaria con la acumulada los d$as previos…………… 210
Ta!"a 6.8. Principales caracter$sticas de las ' crecidas de las :ue se tiene
inormación del sedimento en suspensión………………………………………………………………… 221
Ta!"a 6.9. 6oeicientes de correlación lineal entre las distintas variales
hidroló+icas y las concentraciones de sedimento en suspensión %6SS* media
y m=xima…………………………………………………………………………………………………………………… 221
Ta!"a 6.10. "alores de conductividad pJ sedimento en suspensión sedimento
en disolución y contenido en icaronatos para los muestreos de a+ua del
arranco de San Salvador cuando el caudal de ase es a5o. SS8A transporte
de sedimento en suspensiónF S8A transporte de sedimento en disolución………………. 22)
Ta!"a 6.11. Producción de sedimento es suspensión y en disolución para cada
uno de los eventos de crecida en la cuenca de San Salvador. SS8A transporte de
sedimento en suspensiónF S8A transporte de sedimento en disolución……………………. 22)
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ÍNDICE DE F#T#S
F$%$ &' ($r%a&a &'" )a(*%u"$ 1. 9$o !starr;n hacia su caecera al ondo los #spes….. 1
F$%$ 1.1. 6uenca acarcavada de #ra+u=s…………………………………………………………………… 10
F$%$ 1.2. 6uenca de campos aandonados de #rn=s…………………………………………………. 10
F$%$ 1.3. 6uenca orestal de San Salvador…………………………………………………………………. 10
F$%$ 1.4. 6uenca de pastos sualpinos de Dzas………………………………………………………….. 10
F$%$ &' ($r%a&a &'" )a(*%u"$ 2. "ista del Sector del Flysch desde la cuenca de
San Salvador………………………………………………………………………………………………………………. 1)
F$%$ 2.1. "ista de las dierentes unidades estructurales del Pirineo.
#utorA K. 9epoll-s……………………………………………………………………………………………………….. 1&
F$%$ 2.2. "ista del Sector del Flysch en el valle del !starr;n. Se aprecian lasre+ularizadas laderas y la homo+eneidad paisa5$stica………………………………………………… 2/
F$%$ 2.3. Foto+ra$a a-rea del valle del !starr;n correspondiente al vuelo
nacional de 1&)'(1&)7 %escala del vuelo 1A/0.000*……………………………………………………. /1
F$%$ 2.4. Foto+ra$a a-rea del valle del !starr;n correspondiente al vuelo
nacional de 200' %escala del vuelo 1A/0.000*…………………………………………………………….. /1
F$%$ 2.5. Paisa5e t$pico en el Sector del Flysch…………………………………………………………… /2
F$%$ 2.6. Paisa5e t$pico en el Sector del Flysch…………………………………………………………… /2
F$%$ 2.7. "ista +eneral de la cuenca de San Salvador al inicio de la primavera
donde se aprecia el contraste entre las dos vertientes solana a la iz:uierda
de la otocon predominancia del :ue5i+o y umr$a a la derecha con retazos
de hayedo entre el pinar de pino silvestre…………………………………………………………………. /3
F$%$ 2.8. etalle de la ladera de umr$a donde se aprecia la importante
densidad de =roles………………………………………………………………………………………………….. /&
F$%$ &' ($r%a&a &'" )a(*%u"$ 3. Sonda ?eller para la medición del nivel
piezom-trico……………………………………………………………………………………………………………… 31
F$%$ 3.1. "ista +eneral de una parcela de interceptación donde se aprecian
los pluviómetros totalizadores utilizados…………………………………………………………………… 3)
F$%$ 3.2. etalle de un anillo de escorrent$a cortical…………………………………………………. 3)
F$%$ 3.3. Foto+ra$a hemis-rica en color a la iz:uierda y con el umral aplicado
a la derecha……………………………………………………………………………………………………………….. )/
F$%$ 3.4. Foto+ra$a hemis-rica dividida en sectores y en c$rculos conc-ntricos………. )/
F$%$ 3.5. #parato 6oulter para analizar texturas……………………………………………………….. )
F$%$ 3.6. #nalizador L!6I para medir carono…………………………………………………………. '0
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F$%$ 3.7. Dniltrómetro de dole anillo………………………………………………………………………. '/
F$%$ 3.8. Simulador de lluvia empleado…………………………………………………………………….. '/
F$%$ 3.9. Procedimiento para otener una muestra de suelo no alterada…………………. ')
F$%$ 3.10. Ca4ado de las muestras de suelo no alteradas…………………………………………. ')
F$%$ 3.11. 9ecipiente de tensión h$drica para medir la presión en
capacidad de campo %10 @Pa*…………………………………………………………………………………….. ')
F$%$ 3.12. emrana a presión para medir el punto de marchitez %1)00 @Pa*………….. ')
F$%$ 3.13. Pluviómetro #oro %/0 m*……………………………………………………………………….. '&
F$%$ 3.14. Pluviómetro ivisoria %12&) m*………………………………………………………………… '&
F$%$ 3.15. #orador de la cuenca de San Salvador…………………………………………………….. 7/
F$%$ 3.16. Sonda ?eller para la medición de la altura de los niveles piezom-tricos…… 77
F$%$ 3.17. uestreador autom=tico DS6I…………………………………………………………………. 7
F$%$ &' ($r%a&a &'" )a(*%u"$ 4. Foto+ra$a hemis-rica a5o cuierta de hayas y o5.. /
F$%$ &' ($r%a&a &'" )a(*%u"$ 5. etalle del horizonte supericial de un peril de
suelo………………………………………………………………………………………………………………………….. 11/
F$%$ 5.1. Peril de suelo 1SS………………………………………………………………………………………. 11
F$%$ 5.2. Peril de suelo 2SS………………………………………………………………………………………. 121
F$%$ 5.3. Peril de suelo /SS………………………………………………………………………………………. 123
F$%$ 5.4. Peril de suelo 3SS………………………………………………………………………………………. 127
F$%$ 5.5. Peril de suelo 'SS………………………………………………………………………………………. 1/2
F$%$ 5.6. Peril de suelo 7SS………………………………………………………………………………………. 1/)
F$%$ &' ($r%a&a &'" )a(*%u"$ 6. Case del lume de la estación de aoro de
San Salvador………………………………………………………………………………………………………………. 1'7
F$%$ &' ($r%a&a &'" )a(*%u"$ 7. "ista del Sector del Flysch desde la cuenca de
San Salvador………………………………………………………………………………………………………………. 2/1
F$%$ 7.1. Sonda de humedad del suelo y datalo++er…………………………………………………. 2'/
F$%$ &' ($r%a&a &'" )a(*%u"$ 8. 6uenca de San Salvador…………………………………………… 2'7
F$%$ &' ($r%a&a &'" )a(*%u"$ 9. 6uenca de San Salvador…………………………………………… 27&
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1. Introducción
Este
capítulo
presenta
una
introducción
general,
en
la
que
se
alude
al
marco
del
tema
de
estudio,
un
espacio
forestal
de
montaña
media
pirenaica.
Además
se
indica
la
importancia
de
la
cuenca
experimental
como
unidad
funcional
del
ciclo
del
agua,
y
se
hace
un
repaso
de
los estudios basados en ellas, señalando el interés por el estudio de la cuenca de San
Salvador.
Finalmente
se
exponen
los
objetivos
de
la
Tesis
y
la
organización
de
los
capítulos.
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INTRODUCCIÓN 3
El agua es el elemento indispensable para la vida. Como ya reconocía Leonardo da
Vinci en el siglo XV, es “el motor de la Naturaleza”. Los recursos hídricos son el eje central
de los ecosistemas y también de las diferentes sociedades humanas. Por ello han sido uno
de los temas principales de investigación desde hace más de un siglo. Por otro lado, los ríos,
que constituyen per se sistemas geoecológicos muy sensibles a los cambios ambientales
(García‐Ruiz et al ., 2001), son especialmente interesantes en los ambientes mediterráneos,
donde el agua es un recurso escaso.
Actualmente, todo lo que tiene que ver con la disponibilidad de los recursos hídricos
continúa siendo un tema clave, especialmente el conocimiento de los procesos hidrológicos
que afectan a los distintos sistemas naturales y humanos. El estudio del comportamiento
hidrológico de un espacio es lo que nos va a permitir conocer y comprender cómo son los
procesos que se dan en él.
La mayor parte de los trabajos sobre hidrología se han desarrollado en climas
húmedos templados (Bonell y Balek, 1993), por lo que en el resto de regiones existe un
importante “déficit de conocimiento hidrológico” (Latron, 2003). La región mediterránea es
una de ellas. Uno de los rasgos más característicos de los espacios con clima mediterráneo
es la marcada estacionalidad de la precipitación, con estaciones secas y húmedas muy
contrastadas. Este aspecto las hace especialmente interesantes, pues el funcionamiento
hidrológico en unos momentos coincide con el observado en las regiones templado‐
húmedas, pero en otros se asemejará más a ambientes semiáridos, por ello los resultados
observados en los ambientes templados sólo se pueden verificar durante un breve periodo
del año.
Este rasgo, que a priori ya hace a los espacios mediterráneos interesantes para su
estudio, les otorga sin embargo una sensibilidad importante ante los cambios ambientales,
aunque merece la pena destacar los relacionados con los usos del suelo. En este sentido, las
regiones climáticas mediterráneas están caracterizadas por un desigual reparto de los
recursos hídricos, en las que la escorrentía se genera principalmente en las áreas de
montaña (Viviroli y Weingartner, 2004; de Jong et al ., 2008), que además son las que tienen
que proporcionar agua para la vida humana y sus actividades (Cudenecc et al ., 2007)
concentradas sobre todo en las tierras bajas.
En el ambiente mediterráneo todavía no se conoce bien el comportamiento
hidrológico y sedimentológico de algunas regiones, especialmente de estas áreas de
montaña que están sujetas a una alta sensibilidad ante los cambios de los ecosistemas. Los
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INTRODUCCIÓN 5
de crecidas de los ríos suizos. El desencadenante fue una sucesión de fuertes crecidas que
produjo cuantiosos daños, y quedó demostrado que estaban relacionadas con la
deforestación producida durante siglos en esas zonas (Keller, 1988). Pocos años más tarde,
en Estados Unidos surgía otra iniciativa con fines muy parecidos (Bates y Henry, 1928;
citado en Hewlett, 1982), las cuencas de Wagon Wheel Gap, en Colorado, y que han sido
consideradas las primeras cuencas experimentales en sentido estricto (McCulloch y
Robinson, 1993). Posteriormente, en los años 30 se creó el Laboratorio de Hidrología de
Coweeta, en Carolina del Norte, lo que confirmó el papel de los trabajos basados en
cuencas experimentales y permitió el estudio de las consecuencias hidrológicas de los
cambios de la cubierta vegetal. Hasta los años 60 el número de trabajos que utilizaban la
cuenca experimental fue creciente, aunque hasta la fecha, la gran mayoría de ellos buscaba
obtener información
aplicable
para
solucionar
diferentes
problemas
de
gestión.
Pese
a la
gran cantidad de trabajos desde el punto de vista hidrológico, éstos no favorecían el
estudio detallado de los procesos del ciclo hidrológico, y mucho menos de lo procesos de
escorrentía a escala de cuenca. Además, la concepción “hortoniana” de la generación de
escorrentía todavía predominaba en la época (Horton, 1933) y, pese a las modificaciones
introducidas como el término “Partial Area Concept”, introducido en 1964 por Betson,
seguía siendo inapropiado y muy generalista. Esto condujo a unos años de incertidumbre
sobre
la
utilidad
de
las
cuencas
experimentales
(Hewlett et al
.,
1969).
El término que supondría un antes y un después en la ciencia hidrológica (sobre todo
en la hidrología forestal) fue el de área fuente variable (variable source area), que definía
las partes de una cuenca que contribuían a la generación de escorrentía, lo que favoreció la
comprensión del movimiento de agua en los bosques a través de sus suelos y hacia los
cauces de los ríos (Hewlett y Troendle, 1975). Este concepto, que comenzó a partir de las
observaciones de Hursh (1936) y desarrolló rigurosamente Hewlett (1961) con la
participación
de
Hibbert
(Hewlett
y
Hibbert,
1963),
demostraba
que
los
flujos
superficiales
hortonianos no describían la producción de caudal en los espacios forestales, sino que la
escorrentía producida en una cuenca era la combinación de varios procesos: el movimiento
del agua a través de las laderas y la expansión de los cauces en respuesta a las
precipitaciones.
Posteriormente, la UNESCO declaró entre los años 1965‐1974 la “Década Hidrológica
Internacional”, que supuso un impulsó al desarrollo de la investigaciones basadas en
cuencas
experimentales,
favoreciendo
la
colaboración
internacional
y
la
creación
de
numerosas cuencas en todo el mundo.
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CAPÍTULO 5 6
Los estudios basados en cuencas experimentales pueden ser de varios tipos
(McCulloch y Robinson, 1993): i) los que estudian la correlación del caudal entre diferentes
cuencas, que son los más sencillos y sólo requieren dos cuencas lo más similares posibles en
todos los aspectos, salvo en la vegetación; ii) los que estudian el comportamiento
hidrológico asociado a cambios de cubierta vegetal, y iii) los pares de cuencas que
contemplan una combinación de los dos primeros.
El diseño de los pares de cuencas para los estudios hidrológicos es sencillo (Hewlett,
1982), y a día de hoy sigue siendo la referencia de todos los estudios que investigan el
impacto de los cambios en la cubierta vegetal y en los usos del suelo sobre la hidrología, y
también el efecto hidrológico del bosque (Bosch y Hewlett, 1982, Bruijnzeel, 1990). El único
requisito es la selección de dos cuencas próximas con un alto grado de similitud,
especialmente en cuanto a sus características litológicas, geológicas y morfológicas. El
trabajo comparativo de varias cuencas está relacionado necesariamente con dos aspectos:
i) la variabilidad climática, que puede minimizarse cuando las cuencas elegidas están muy
próximas geográficamente y, ii) la gran variabilidad interna asociada a cada cuenca, cuya
respuesta sólo se encuentra estudiando en profundidad cada una de ellas por separado.
Las cuencas escogidas para su estudio deben ser cuencas representativas, es decir,
deben presentar unas características fisiográficas que otorguen un funcionamiento
hidrológico acorde con el ambiente en el que se encuentran (Toebes y Ouryvaev, 1970). El
único propósito de este requisito es que los resultados obtenidos se puedan generalizar y
transferir a espacios más amplios (Gregory y Walling, 1973, Sivapalan, 2003). La cuenca
experimental debe ser relativamente homogénea en cuanto a sus características edáficas y
de vegetación, y a aquéllas que le confieran relativa homogeneidad física.
Aunque el trabajo con cuencas experimentales presenta una serie de desventajas
(Hewlett et al ., 1969), uno de los puntos fuertes de los estudios basados en cuencas
experimentales reside en equiparar la cuenca a un sistema o “caja negra” (García‐Ruiz y
Gallart, 1997), en el que es relativamente fácil analizar de forma detallada las entradas, en
forma de precipitación, y las salidas, en forma de caudal y sedimento (Ambroise, 1994;
citado en Latron, 2003), constituyendo, por tanto, la unidad funcional del ciclo del agua.
Desde un punto de vista hidrológico, esta información es inestimable, pues permite un
primer análisis sobre la distribución de los caudales a lo largo del año y también de los
materiales transportados en disolución, en suspensión y en forma de carga de fondo. Este
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INTRODUCCIÓN 7
argumento es fundamental para establecer comparaciones entre espacios con diferentes
usos del suelo o cubiertas vegetales.
Sin embargo, cuando la monitorización de la cuenca coteja tan sólo las
precipitaciones, los
caudales
y el
sedimento,
no
se
aporta
la
información
suficiente
para
comprender los procesos internos, que son los que precisamente deben explicar las
diferencias en los balances hidrológicos y sedimentológicos asociados a las diferencias de
cubierta vegetal. El control de otros parámetros relacionados con la dinámica interna de
una cuenca va a resultar necesario para encontrar respuestas científicas más específicas y
aproximadas a la realidad. Entre estos procesos, García‐Ruiz y Gallart (1997) ya destacaban
el papel del bosque en el balance hídrico de la cuenca, a través de la interceptación y la
evapotranspiración, la variabilidad de la humedad del suelo y de las aguas freáticas y la
identificación de áreas fuentes de sedimento acordes con los principales mecanismos de
generación de escorrentía.
En definitiva, las cuencas experimentales constituyen un laboratorio permanente de
campo donde es posible la observación de los procesos hidrológicos y el efecto sobre ellos
de la modificación de la cubierta vegetal. Por esta razón la información obtenida
directamente del campo es necesaria y deberá seguir siéndolo (Hewlettt et al ., 1969;
Grayson et al ., 1992). Los resultados obtenidos permiten, en primer lugar, calibrar y validar
los modelos que utilizan variables hidrológicas para predecir la evolución de los recursos
hídricos en diferentes condiciones de cubierta vegetal y, en segundo lugar, transferir los
conocimientos a otras cuencas con características similares pero que carecen de
información hidrológica y sedimentológica. Pese a la gran heterogeneidad espacial, los
resultados obtenidos tras la monitorización de cuencas experimentales son de gran ayuda
para la gestión hidrológica y el control de la erosión, dos de los problemas más
comprometidos en el marco mediterráneo. Por esta razón, numerosos países establecieron
estudios de
seguimiento,
como
es
el
caso
de
España,
que
creó
la
Red
de
Estaciones
Experimentales de Seguimiento y Evaluación de la Erosión y la Desertificación‐RESEL (Rojo‐
Sánchez, 1996), financiada por el Ministerio de Medio Ambiente. A nivel europeo se creó la
red ERB “European Network of Experimental and Representative Basins”, cuyo objetivo es
intercambiar resultados en hidrología y coordinar las investigaciones llevadas a cabo en la
actualidad.
El estudio de cuencas experimentales en España comenzó relativamente tarde, en la
década de
los
años
80
(Martínez
‐Castroviejo
et
al ., 1990;
García
‐Ruiz
y Gallart,
1997).
Su
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CAPÍTULO 5 8
proliferación estaba relacionada con la facilidad para poder establecer balances
hidrológicos y sedimentológicos, pero sobre todo porque permitía estudiar los problemas
de la erosión del suelo y la desertificación, ya que la península es uno de los espacios
mediterráneos donde más graves son estos problemas. Las cuencas experimentales
permitían estudiar sus efectos, asociados sobre todo, a las perturbaciones de la cubierta
vegetal y a una gestión del territorio poco adecuadas.
Los primeros trabajos basados en cuencas experimentales se centran en la Cordillera
Costero Catalana (Escarré et al ., 1982; Lledó y Escarré, 1985, Ávila y Roda, 1985, Belillas y
Roda, 1985). Todos ellos tenían por objetivo principal el estudio del comportamiento
hidrológico y biogeoquímico en pequeñas cuencas, cuyas características litológicas y
vegetales eran diferentes. Con el mismo objetivo se instrumentó a finales de los años 80 la
cuenca El Nacimiento, de la Estación Experimental Zonas Áridas (CSIC) en Almería (Domingo
et al ., 1994). Igualmente un equipo de investigación del Institut de Ciencies de la Terra
“Jaume Almera”, (actualmente integrado en el Instituto de Diagnóstico Ambiental y
Estudios del Agua, IDAEA, CSIC), comenzaba la monitorización de la cuenca de Cal Parisa, en
el alto Llobregat, para estudiar el funcionamiento hidrológico en terrazas y el efecto del
abandono de la actividad agrícola (Llorens y Gallart, 1992). Posteriormente y en la misma
zona, se monitorizaban las cuencas Cal Rodó y Ca l’Isard para el estudio de la erosión y de
balances sedimentológicos
en
ambientes
muy
heterogéneos
que
incluso
incluyen
cárcavas
(Balasch et al ., 1992), y las cuencas de Can Vila y Santa Magdalena, que completaban los
estudios en zonas no afectadas por cárcavas (Latron, 2003). Todas estas cuencas
experimentales forman el grupo de cuencas de Vallcebre, que ha contribuido con
numerosos y excelentes trabajos científicos centrados en hidrología (Llorens y Gallart,
1992; Rabadá, 1995; Balasch, 1998; Gallart et al ., 1998; Regüés et al ., 1998; Latron, 2003;
Rubio, 2005; Latron et al ., 2008). A finales de los 80 también se instrumentó la cuenca de
Izas,
en
un
ambiente
de
pastos
supraforestales
de
alta
montaña
en
el
Pirineo
Central
(Alvera, 2000; Alvera y García‐Ruiz, 2000).
A partir de los años 90 se generalizó el uso de cuencas experimentales en los trabajos
de investigación. De esta manera, numerosos ambientes y condiciones serían estudiados:
las cuencas La Tejería y La Txaga, en Navarra (del Valle y del Val, 1990; Casalí et al ., 2005),
con usos de suelo agrícolas, gestionadas por la Comunidad Foral de Navarra; las cuencas de
Aixola, Añarbe y Barrendiola, todas ellas cubiertas por bosque (Zabaleta et al ., 2004;
Zabaleta,
2007;
Zabaleta et al
.,
2007),
gestionadas
por
la
Universidad
del
País
Vasco
y
pertenecientes a la Diputación Foral de Guipúzcoa; las cuencas de Alastuey y El Real, en el
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INTRODUCCIÓN 9
Prepirineo aragonés, gestionadas por el Departamento de Geografía y Ordenación del
Territorio de la Universidad de Zaragoza, para estudiar las consecuencias hidrológicas y
sedimentológicas de un incendio forestal producido en una de ellas (Sebastián et al ., 2004;
Echeverría et al ., 2005); la cuenca de Guadalperalón, en Cáceres, en ambiente de dehesa
(Ceballos y Schnabel, 1998a, 1998b; Ceballos, 1999); las cuencas de La Rinconada, Morille y
Villamayor, todas ellas en el Sistema Central y gestionadas por la Universidad de Salamanca
(Martínez‐Fernández et al ., 2004, 2005). En ambiente semiárido, la cuenca de El Picarcho
(Murcia), perteneciente al Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CSIC)
(Castillo et al ., 2000; Martínez‐Mena et al ., 1998). Además, la Estación Experimental de
Zonas Áridas monitorizó dos cuencas más: Rambla Honda y El Cautivo (Puigdefábregas et
al ., 1996; Cantón et al ., 2001).
Las cuencas Experimentales del Instituto Pirenaico de Ecología
La erosión del suelo y la generación de escorrentía bajo diferentes usos del suelo y
cubiertas vegetales en zonas de montaña ha sido una de las líneas de trabajo clásicas del
Departamento de Procesos Geoambientales y Cambio Global del Instituto Pirenaico de
Ecología (CSIC). Los cambios de uso del suelo provocados por el abandono de tierras de
cultivo, como consecuencia de la despoblación iniciada a finales del siglo XIX, pero sobre
todo desde
mediados
del
Siglo
XX,
han
afectado
a extensas
superficies
en
la
montaña
media pirenaica (aunque este proceso es generalizado en todas las zonas de montaña
europeas (García‐Ruiz y Lana‐Renault, 2011). La estrecha relación entre la cubierta vegetal
y el uso del suelo y la respuesta hidrológica y sedimentológica, así como los efectos de este
aumento de la cubierta vegetal sobre la disponibilidad de los recursos hídricos, planteó la
monitorización de 4 cuencas experimentales en el Pirineo Central, cada una de ellas con
una historia diferente en la evolución del uso del suelo:
(i) la
cuenca
de
Araguás
(foto
1.1),
con
dos
ambientes
muy
contrastados,
herencia
de
un pasado intensamente cultivado: un sub‐ambiente intensamente erosionado, con
predominancia de morfologías acarcavadas en la parte inferior de la cuenca, y una
repoblación forestal en la parte superior;
(ii) la cuenca Loma de Arnás (foto 1.2), totalmente cultivada hasta mediados del pasado
siglo y actualmente abandonada en avanzado estado de recolonización vegetal;
(iii) la cuenca de San Salvador (objeto de esta Tesis doctoral) (foto 1.3), cubierta por un
bosque denso escasamente afectado por actividades humanas;
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CAPÍTULO 5 10
y (iv) la cuenca de Izas (foto 1.4), ésta en alta montaña, con una dominancia de pastos
subalpinos y una importante influencia de la innivación.
Este gradiente de cuencas (altitudinal, pero sobre todo en función de la degradación
de la
cubierta
vegetal
por
acción
del
hombre)
permite
disponer
de
información
acerca
de
la
respuesta hidrológica y del transporte de sedimentos en distintos ambientes pirenaicos de
manera simultánea, en un contexto climático muy similar, por lo que es posible estudiar la
influencia del tipo de cubierta vegetal sobre las respuestas hidrosedimentarias (Regüés et
al ., 2006; García‐Ruiz et al ., 2010).
Foto
1.1
(parte
superior
izquierda):
Cuenca
acarcavada
de
Araguás.
Foto
1.2
(parte
superior
derecha):
Cuenca
de
campos
abandonados
de
Arnás.
Foto
1.3
(parte
inferior
izquierda):
Cuenca
forestal
de
San
Salvador.
Foto 1.4 (parte inferior derecha): Cuenca de pastos subalpinos de Izas.
Esta Tesis se ha realizado en la Cuenca Experimental de San Salvador, en el Valle de
Aísa, y expone un análisis sobre la influencia de la cubierta vegetal en la generación de
escorrentía en un ambiente de montaña mediterránea. De esta manera, se aportan
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INTRODUCCIÓN 11
conocimientos científicos que buscan profundizar en las diferentes cuestiones planteadas a
lo largo más de una década de trabajo en estas cuencas experimentales (García‐Ruiz et al .,
2000, 2005, 2008, 2010; Seeger y Beguería, 2003; Regüés et al ., 2006). Asimismo se
contribuye al mejor conocimiento de la hidrología de las áreas de montaña, participando
con un claro ejemplo del relevante papel de la presencia de bosque en el funcionamiento
hidrológico.
La cuenca de San Salvador constituye, por sus características topográficas y
litológicas, un espacio muy representativo del Sector del Flysch en el Pirineo Central, en el
que son frecuentes las morfologías regularizadas de sus pendientes. Sin embargo, el rasgo
que otorga un interés especial a esta cuenca es su cubierta vegetal, pues un denso bosque
mixto escasamente afectado por actividades humanas recubre su superficie. Este es un
escenario que contrasta con el de una gran extensión de superficie en el Sector del Flysch,
en el que debido al contexto histórico del uso y aprovechamiento de la mayor parte de las
laderas, la cuenca de San Salvador sirve como un excelente referente de comparación. En
este sentido, la cuenca de San Salvador posee unas características que hacen de su elección
un hecho destacado. Emplazada a escasa distancia de las cuencas experimentales de Arnás
y de Araguás, cuyas dinámicas hidrológicas y sedimentarias ‐además de otros procesos
internos‐ han sido profundamente estudiadas (Lana‐Renault, 2011; Nadal‐Romero, 2011), la
cuenca de
San
Salvador
incita
a plantearnos
una
serie
de
cuestiones:
¿cómo
es
la
dinámica
hidrológica y sedimentológica en un área de montaña sin perturbar?, ¿cuál es el papel de la
cubierta vegetal en la generación de escorrentía?, ¿afecta por igual un tipo de cubierta u
otro en la cantidad de agua que entra en un sistema y, por lo tanto, en la dinámica
hidrológica?, ¿qué consecuencias tendría sobre la disponibilidad de los recursos hídricos si
actualmente todo el Pirineo ‐hasta donde llega su límite altitudinal‐ estuviese cubierto por
bosque?, ¿sería sostenible para los ecosistemas y para las sociedades un hipotético
escenario
con
dominancia
de
la
presencia
de
bosque?,
¿qué
repercusiones
tendría
sobre
la
disponibilidad de los recursos hídricos el progresivo aumento de cubierta vegetal
considerando el consumo actual de recursos hídricos?, ¿el aumento de superficie forestal
va ligado a un aumento de la calidad de los suelos?
Objetivos de la Tesis
El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es estudiar el funcionamiento hidrológico
y
sedimentológico
de
una
pequeña
cuenca
forestal
de
la
montaña
media
pirenaica en un
contexto mediterráneo. La respuesta hidrosedimentaria de la cuenca de San Salvador está
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CAPÍTULO 5 12
fuertemente
condicionada
por
la
presencia
de
vegetación,
pues
un
denso
bosque
mixto
recubre la superficie. Esta cubierta a su vez está estrechamente relacionada con el
desarrollo
y
las
características
de
sus
suelos.
Ambos
aspectos,
suelo
y
vegetación,
influyen
de manera directa en la generación de escorrentía y en la producción de sedimento.
Los objetivos específicos planteados han sido los siguientes:
o El estudio de los procesos de partición de la lluvia que afectan a la cuenca
de San Salvador. Se han estudiado bajo los tres tipos de cubierta vegetal
dominantes en la cuenca: Pinus sylvestris, Fagus sylvatica y Quercus gr.
Faginea,
diferenciando
el
comportamiento
entre
cubierta
de
coníferas
(perennifolias)
y
de
frondosas
(caducifolias
y
marcescentes).
También
se
ha
estimado
el
papel
de
la
cubierta
de
matorral
de
boj
(Buxus
sempervirens)
en
la
cantidad
de
precipitación
que
llega
al
suelo.
o
El
estudio
de
los
suelos
en
su
conjunto,
poniendo
énfasis
en
aquellos
aspectos que afectan a la hidrodinámica interna. En este sentido se ha
realizado
un
estudio
sobre
la
capacidad
de
infiltración
de
los
suelos.
o El análisis y la caracterización de la respuesta hidrológica de la cuenca de
San Salvador. Este estudio se ha realizado a diferentes escalas temporales
(anual,
mensual
y
de
crecida),
que
han
permitido
determinar
los
factores
que
mejor
explican
dicha
respuesta.
o El estudio de la dinámica espacial y temporal de los niveles freáticos, como
uno de los factores más estacados que intervienen en la generación de
crecidas.
o Analizar la respuesta de caudal y del nivel freático a escala de crecida
interpretando
los
procesos
de
generación
de
escorrentía
dominantes
en
la
cuenca.
o
Estudiar
la
respuesta
de
sedimento
en
la
cuenca
de
San
Salvador
diferenciando entre los tres tipos de transporte: en suspensión, solutos y
carga
de
fondo.
Estructura de la Tesis
Con el objetivo de presentar la información obtenida en este trabajo de una manera
ordenada, esta Tesis se organiza en los siguientes capítulos:
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INTRODUCCIÓN 13
En
el
capítulo
1
se
presenta
una
introducción
general,
en
la
que
se
alude
al
marco
general del tema estudiado, a la importancia de los trabajos basados en cuencas
experimentales,
así
como
una
revisión
de
los
estudios
realizados,
subrayando
el
interés
por
el
estudio
de
la
cuenca
de
San
Salvador.
Finalmente
se
exponen
los
objetivos
de
la
Tesis
y
la
estructura de trabajo desarrollado.
En el capítulo 2 se realiza una descripción de los aspectos ambientales más
importantes
del
Sector
del
Flysch
Eoceno
surpirenaico
(geología,
geomorfología,
clima,
vegetación
y
usos
del
suelo),
dado
que
es
el
contexto
geográfico
en
el
que
se
enmarca
la
cuenca de San Salvador, de la que se presentan a continuación sus rasgos más relevantes
(geología, geomorfología y vegetación).
En
el
capítulo
3
se
describe
en
detalle
la
instrumentación
instalada
en
la
cuenca
de
San
Salvador,
la
metodología
y
las
técnicas
empleadas
para
la
obtención
de
la
información,
así como el tratamiento que se ha hecho de la misma. El capítulo se estructura en tres
bloques, cada uno de ellos correspondiente a los tres capítulos de resultados que siguen.
En
el
capítulo
4
se
estudian
los
procesos
de
partición
de
la
lluvia:
la
trascolación
y
la
escorrentía
cortical.
El
estudio
se
ha
realizado
bajo
los
tres
tipos
de
cubierta
vegetal
dominantes en la cuenca y también bajo cubierta de matorral. Además se ha estudiado la
relación
del
grado
de
cobertura
con
el
agua
que
llega
al
suelo,
así
como
la
influencia
de
las
características de las precipitaciones y de las características propias del bosque en los
procesos
de
partición
de
la
lluvia.
En el capítulo 5 se realiza un estudio detallado de los suelos en la cuenca de San
Salvador que permite identificar los diferentes tipos de suelos en estos espacios forestales.
Conjuntamente se muestran los resultados del estudio realizado sobre la capacidad de
infiltración
bajo
diferentes
condiciones
hídricas.
En
el
capítulo
6
se
analiza
la
respuesta
hidrológica
a
la
salida
de
la
cuenca,
realizada
a
diferentes escalas temporales (anual, mensual y de crecida). Asimismo, se realiza un análisis
de la dinámica del nivel freático. Ambos estudios destacan la marcada variabilidad
estacional observada, típica de espacios mediterráneos, y permiten comprobar la
importancia del estado hídrico, estudiando su comportamiento conjuntamente a escala de
evento. Esta información permite reflexionar sobre los procesos de generación de
escorrentía posibles en la cuenca de San Salvador. Además se estudia la respuesta de
sedimento
en
la
cuenca,
caracterizando
cómo
se
distribuye
el
sedimento
producido
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CAPÍTULO 5 14
(suspensión,
solutos
y
carga
de
fondo)
y
su
relación
con
las
variables
hidrológicas
(caudal
y
precipitación).
En el capítulo 7 se realiza