tesis serrano muela 2012.pdf

8/19/2019 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


8/328

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-


11/328

*..!.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


12/328

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-


13/328

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"


14/328

..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


15/328

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


16/328

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


17/328

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


18/328

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


19/328

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))


20/328

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)&


21/328

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)


22/328

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


23/328

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$%$ 5.3. Peril de suelo /SS………………………………………………………………………………………. 123


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&


24/328

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.


25/328

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


26/328


27/328

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.


28/328

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


29/328

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


30/328

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


31/328

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;


32/328

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


33/328

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:


35/328

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

tesis serrano muela 2012.pdf

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