Patrones de distribución espacial y respuesta hidrológica de los componentes superficiales del suelo como control de la escorrentía superficial en condiciones ambientales mediterráneas.
NAGIOS: RODERIC FUNCIONANDO

Patrones de distribución espacial y respuesta hidrológica de los componentes superficiales del suelo como control de la escorrentía superficial en condiciones ambientales mediterráneas.

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Patrones de distribución espacial y respuesta hidrológica de los componentes superficiales del suelo como control de la escorrentía superficial en condiciones ambientales mediterráneas.

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dc.contributor.advisor Calvo Cases, Adolfo
dc.contributor.advisor Boix Fayos, Carolina
dc.contributor.author Arnau Rosalén, Eva
dc.contributor.other Departament de Biologia Vegetal es_ES
dc.date.accessioned 2016-02-04T12:03:30Z
dc.date.available 2017-02-04T05:45:05Z
dc.date.issued 2015 es_ES
dc.date.submitted 29-01-2016 es_ES
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10550/50722
dc.description.abstract La respuesta hidro-geomorfológica de las laderas del ámbito mediterráneo (Capítulo 1) se caracteriza por un elevado grado de complejidad y no-linealidad, como consecuencia de la heterogeneidad espacio-temporal de algunas propiedades de los suelos, especialmente aquellas que desde su superficie modifican la infiltración del agua. Los ecosistemas muestran, así, un funcionamiento sometido a umbrales de respuesta. En el análisis sistémico de este fenómeno, la cuestión de escala espacial constituye un aspecto crucial. Es quizás en la escala de ladera donde existe una comprensión más limitada de los procesos y formas que gobiernan su respuesta hidro-geomorfológica. Esto es resultado de la mayor atención prestada por parte de los experimentalistas a la escala de parcela y de los modelizadores a la escala de cuenca. Uno de los focos de atención actual de la investigación en este campo se centra en el concepto de conectividad, cuestión transversal abordada por distintas disciplinas. Existen dos aproximaciones fundamentales a este concepto, la conectividad estructural vs. la funcional refiriéndose a las cuestiones de formas y procesos respectivamente, que a pesar de reconocer su interrelación, son perspectivas todavía tratadas de forma contrapuesta. En este contexto, se evidencia la necesidad de un adecuado marco teórico/conceptual y metodológico especialmente indicado para abordar las cuestiones de salto de escala (scaling-up) y diagnosis de los sistemas desde una perspectiva de degradación. La hipótesis de partida (Tabla 1.1) de esta tesis propone que los componentes superficiales del suelo (CSS) son una fuente relevante de heterogeneidad espacial desde la escala de parche (patch), cumpliendo un papel clave en los procesos geomórficos de generación de escorrentía y movilización de sedimento a escala de ladera, influyendo en su respuesta hidro-geomorfológica. El análisis de patrones de distribución espacial de CSS es pues un elemento fundamental en la detección de umbrales de conectividad hidrológica a lo largo de la ladera, los cuales determinan la respuesta general del sistema. Se conceptualiza el término Componente Superficial del Suelo (CSS) como la más elemental expresión visible, identificable y discreta de tales propiedades de la superficie del suelo y por tanto como unidades homogéneas de respuesta hidrológica. El objetivo general de la tesis (Tabla 1.1) es definir la influencia de los componentes superficiales del suelo (CSS) en la respuesta hidro-geomorfológica de las laderas mediterráneas a diferentes escalas espaciales y temporales. Este objetivo se desglosa en cuatro objetivos específicos: (i) analizar los patrones de distribución de CSS; (ii) caracterizar la respuesta a la escorrentía de los diferentes CSS a escala de micro-parcela; (iii) estudiar la influencia de los patrones de CSS a escala intermedia (stand) y su dinámica temporal en la respuesta hidro-geomorfológica e (iv) investigar el funcionamiento hidrológico de la ladera considerando especialmente el efecto de los patrones de CSS. El marco conceptual de esta tesis (Figura 1.15) se apoya en la Teoría General de Sistemas, teniendo en cuenta las características de estructura, auto-organización y transferencia de materia y energía como claves que definen a un sistema, y se adopta una estructura jerárquica anidada basada en la Teoría Jerárquica. Además el análisis se realiza desde una aproximación proceso-patrón. El trabajo se desarrolló en tres laderas seleccionadas como muestras de dos zonas de estudio en la provincia de Alicante (Capítulo 2, Figura 2.2), que debido al gradiente altitudinal existente, representan el contraste climático entre el mediterráneo semiárido (Benidorm) y el subhúmedo (Cocoll), mientras que se mantiene semejante la litología (calizas). Además se incorpora el factor exposición en el área de Benidorm. Desde el punto de vista metodológico (Capítulo 3), se utilizan técnicas de experimentación en campo (simulaciones de lluvia) que proporcionan detalle de los procesos en parcelas pequeñas y en tormentas simuladas y controladas. Todo ello se combina con el estudio a medio-largo plazo de la respuesta hidrológica en condiciones de lluvia natural en parcelas abiertas con mínimas alteraciones, que permiten estudiar la dinámica temporal de la respuesta hidro-geomorfológica. Se implementa además un sistema de adquisición de fotogramas en campo con el que se obtiene un foto-mosaico que permite la cartografía detallada de CSS en transectos de ladera para el análisis de su distribución espacial en el sentido del flujo. Finalmente se elabora un modelo para simular la infiltración y escorrentía superficial a escala de ladera; modelo de base empírica alimentado con la respuesta unitaria de cada CSS y distribuido según la cartografía de CSS (Figuras 3.0.1 y 3.1.1). Del análisis de las formas (Capítulo 4), se obtiene la sistematización de la distribución de CSS en términos de procesos eco-hidro-geomorfológicos basado en dos aspectos fundamentales: (i) inspección de la heterogeneidad y detección de patrones cíclicos mediante técnicas de Análisis de Series Temporales (TSA) e (ii) interpretación de las formas asociadas al blindaje superficial, el cual ejerce un control abiótico en la dinámica de los patrones de CSS. La combinación de estos resultados ha permitido la sectorización de cada transecto de ladera según diferentes configuraciones espaciales que se traduce en tramos de ladera con una dinámica eco-hidro-geomorfológica concreta (Figuras 4.16; 4.18 y 4.20), y por tanto de redistribución de flujo de escorrentía y sedimentos (relaciones fuente-sumidero). En el apartado del análisis de la respuesta (Capítulo 5), con los experimentos de situación de lluvia (RFS) además de profundizar en la comprensión del funcionamiento del proceso de infiltración-escorrentía a esta escala de análisis, se constata el efecto de los CSS como moduladores de la respuesta frente a otras variables locales. Así, el llamado efecto CSS se logra descomponer analizando la interacción de la respuesta (proceso) con las diferentes propiedades superficiales clave (patrón). La respuesta se parametriza en base al ajuste de la ecuación de Horton (parámetros P0, α y Fc), posibilitando un sistema de análisis semi-cuantitativo basado en la búsqueda de relaciones entre ambos aspectos. En una última fase de asignación se obtiene la respuesta unitaria de cada CSS en cada área de estudio en lo que denominamos hidrograma tipo (Figura 5.35). Del análisis de la respuesta en la escala intermedia de parcela (stand) (Capítulo 6) en condiciones de lluvia natural también se corrobora el efecto modulador de los CSS. Se observa cambios temporales en las relaciones precipitación vs. escorrentía y movilización de sedimento (Figura 6.5), en función de las modificaciones en la cobertura de CSS. Esta dinámica de cambio de las formas y los procesos se interpreta como un fenómeno de evolución natural que promueve estados transicionales de los patrones de CSS que precisa de un reajuste a nivel de ladera en términos de balance hídrico y sedimentario. Además, y gracias a la serie de datos disponible, se obtienen diferentes umbrales de respuesta, los cuales rigen el comportamiento en estos sistemas de funcionamiento no-lineal. La posibilidad de incorporar estos umbrales como calibración del modelo de simulación (Capítulo 7, Figura 7.1) a escala de ladera fue fundamental para el salto de escala, desde la respuesta a nivel de parche (hidrogramas tipo) hasta la de ladera, pues añadió las reglas de funcionamiento de cada ladera, en este caso, referidas a la capacidad de almacenamiento efectivo de agua en el suelo. Así, en el último apartado de modelización a escala de ladera, el propósito fue desarrollar una rutina que reprodujese de manera simple la distribución del flujo superficial, minimizando la exigencia de entradas que alimentan el modelo. El modelo, aplicado con una lluvia de igual intensidad (55 mm h‐1) que la de los experimentos de simulación de lluvia, permitió delimitar una serie de valores umbral de precipitación acumulada entre los que se produce el inicio del llenado efectivo y la conectividad entre sumideros de las laderas. Estos umbrales son mucho más amplios en el subhúmedo de Cocoll (de 45 a 138 mm de lluvia) que en el semiárido de Benidorm (de 37 a 74 mm), alcanzando este último con mucha mayor facilidad la conectividad hidrológica de la ladera. El análisis de la serie de datos de las parcelas de campo, en las que la escorrentía es consecuencia de precipitaciones naturales con distribución variable de las intensidades de lluvia, se encuentra dentro de los rangos de estos valores, siempre que se trate de eventos con intensidades máximas elevadas y con continuidad horaria. Con el cierto grado de certidumbre obtenida del contraste de resultados del modelo con datos de la medición en campo en condiciones reales se establecieron las bases de una hipótesis sobre el funcionamiento general del Modelo Mixto de escorrentía (Calvo-Cases et al., 2003) sintetizada en cuatro fases de respuesta, en función de umbrales de cambio en los patrones de conectividad de la escorrentía, espacial y en magnitud (Figura 7.9). De forma genérica estas fases describen la manera en la que se transita desde una situación inicial de escorrentía hortoniana pura hasta un escenario extremo en el que se ha superado la capacidad de almacenamiento efectivo del suelo a lo largo de todo el transecto, y por tanto con una respuesta asimilable al mecanismo por exceso de saturación. Se observó una buena correspondencia entre los patrones de respuesta y los de configuración espacial (Figura 7.10; 7.11 y 7.12), estos últimos representados en los diferentes tramos obtenidos en la sectorización del análisis de las formas. La confluencia de ambos resultados sirve de comprobación para las metodologías respectivas de obtención de los patrones de escorrentía y de configuración de CSS. Se encontraron además dos modalidades de comportamiento contrastados que en algunos momentos del evento coexisten, y que evolucionan a lo largo del mismo. Se identifican sectores en los que la magnitud de la escorrentía se amplifica a medida que llueve, y que se corresponden con áreas donde hay CSS con un inicio temprano y altas tasas de escorrentía (roca y superficies sin blindaje superficial). Y otros sectores que sin embargo ejercen una función de amortiguación de estas ondas de avance de la escorrentía. Este contraste en el comportamiento de los diferentes sectores está marcado tanto por los diferentes patrones de CSS, como por la relación de longitudes entre áreas generadoras (no-vegetadas) y receptoras (vegetación) netas de escorrentía, es decir las relaciones fuente-sumidero. La cuestión más relevante que se deriva de este resultado es que la secuencia de tipos de respuesta hidrológica (el orden de aparición en la ladera) condicionada por el patrón de CSS, entre otros factores, es la que determina la respuesta hidrológica general de la ladera en su base, y por tanto afecta a la exportación neta de agua y sedimentos fuera del sistema ladera. En términos de valoración general del funcionamiento de los sistemas estudiados, siguiendo el modelo de referencia de Lavee et al., (1998) que relaciona el gradiente climático con los patrones de distribución de las áreas fuente‐sumidero, la ladera de Cocoll (CC) presenta un patrón de degradación, mientras que los de las laderas de Benidorm (BE) atienden a una configuración funcional propia de la adaptación del medio semi‐árido a la escasez de hídrica. Las diferencias encontradas entre ambas laderas de BE puso de manifiesto la sensibilidad de estos medios semi‐áridos a leves cambios micro‐ambientales, en este caso por efecto de la exposición contrastada (Norte‐Sur). es_ES
dc.format.extent 268 p. es_ES
dc.language.iso es es_ES
dc.subject Geomorfología es_ES
dc.subject Hidrología es_ES
dc.subject Conservación de suelos es_ES
dc.subject Escorrentía es_ES
dc.subject Patrones de distribución espacial es_ES
dc.subject Modelo de simulación es_ES
dc.subject Ladera es_ES
dc.subject Conectividad es_ES
dc.title Patrones de distribución espacial y respuesta hidrológica de los componentes superficiales del suelo como control de la escorrentía superficial en condiciones ambientales mediterráneas. es_ES
dc.type info:eu-repo/semantics/doctoralThesis es_ES
dc.embargo.terms 1 year es_ES

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