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

Comprender las dinamicas sedimentarias en cuencas de drenaje es un tema central en la investigacion en Ciencias de la Tierra debido a sus importantes implicaciones sobre la gestion de los recursos hidricos, la agricultura, la evolucion del paisaje y los ecosistemas. La transferencia de sedimentos esta fuertemente determinada por numerosos factores naturales tales como la climatologia, la litologia, la vegetacion o las caracteristicas morfologicas de la cuenca, pero en la region Mediterranea los factores antropogenicos tienen una especial relevancia. Por esa razon, en el actual contexto de Cambio Global, estudiar los impactos de los cambios en los usos del suelo y de las actividades humanas sobre las dinamicas hidrosedimentarias supone un reto cientifico preferencial. Tradicionalmente, la eficiencia de una cuenca al transferir sedimentos se ha estimado mediante el calculo de balances de sedimento, que permiten establecer la proporcion de materiales erosionados que alcanzan el punto de drenaje. Sin embargo, este enfoque metodologico resulta insuficiente para analizar las dinamicas internas de la cuenca ya que no proporciona informacion sobre la variabilidad espaciotemporal de los flujos de sedimento que se producen en su interior. En los anos recientes y gracias al advenimiento de las nuevas tecnologias en el analisis y observacion en Geomorfologia, el concepto conectividad del sedimento ha emergido como un marco conceptual mas adecuado para analizar los mecanismos internos de (des- )acoplamiento de los procesos de transferencia de sedimento, su frecuencia y magnitud o su retroalimentacion espacial y temporal, permitiendo una mejor comprension de los efectos de actividades humanas y distintos elementos antropicos. En esta tesis se evaluan los efectos de distintas estructuras tradicionales de conservacion del suelo sobre la conectividad del sedimento en el interior de dos cuencas mediterraneas bajo dinamicas del cambio global representativas de areas montanosas (Sa Font de la Vila, 4,8 km2) y de areas llanas (Can Revull, 1,4 km2). La variabilidad espaciotemporal de los flujos de sedimento se analizo combinando el calculo del indice de conectividad de Borselli et al. (2008) –usando el metodo de Cavalli et al. (2013)– con distintas tecnicas para su validacion, incluyendo cartografia de campo, analisis de muestras de suelo y mediciones de formas de erosion/deposicion mediante campanas aereas con drone y fotogrametria digital automatizada. En la cuenca del Torrent de Sa Font de la Vila, la presencia masiva de distintos tipos de terrazas dio como resultado patrones espaciales de conectividad muy diferentes con respecto a otros estudios en cuencas sin terrazas. Debido a sus caracteristicas morfologicas y a su posicion relativa dentro del sistema de drenaje, estas estructuras generaron (i) una desconexion general entre los distintos compartimentos de la cuenca y (ii) una concentracion de los flujos de agua y sedimento a lo largo de trayectorias preferenciales asociada al colapso en cascada de los muros de las terrazas. El 73% de los puntos de colapso en los muros se localizaron sobre estos caminos con altos valores de IC. Esta correspondencia espacial se relaciono con dinamicas de retroalimentacion a partir de las cuales la caida de los muros genera una mayor concentracion de la escorrentia que, a su vez, favorece los procesos hidraulicos que causan su caida. En consecuencia, las zonas de terrazas abandonadas mostraron un desarrollo mas avanzado de procesos erosivos, y exhibieron indicadores de calidad del suelo significativamente mas bajos con respecto a zonas sin terrazas. La ocurrencia de sucesivos incendios forestales en Sa Font de la Vila tambien se identifico como un factor relevante que exacerba aun mas estos procesos de degradacion de los suelos. En la cuenca de Can Revull, el diseno y configuracion de los sistemas tradicionales de drenaje favorecieron (i) el desacoplamiento de los flujos en el interior de las laderas, asi como una desconexion ladera−llanura aluvial y llanura aluvial−canal, y (ii) una mayor conectividad longitudinal a lo largo de la red de canales artificiales. Las observaciones de campo corroboraron que, durante eventos frecuentes de moderada magnitud, la combinacion de canales superficiales y subsuperficiales facilita un drenaje rapido del exceso de agua y, a su vez, una disminucion de la escorrentia superficial en el interior de los campos de cultivo. Sin embargo, durante eventos menos frecuentes de alta magnitud (T=25 anos) se sobrepaso la capacidad de las estructuras, generando nuevos trazados de flujo de sedimento y un aumento remarcable del area efectiva de la cuenca, asi como de la exportacion de sedimento. A lo largo de tres eventos de inundacion consecutivos se produjeron cambios en patrones de distribucion de los flujos superficiales, aumentando la densidad de drenaje, asi como la longitud y profundidad de las formas de erosion concentrada. Esta tesis revelo que, mientras estan bien mantenidas, las estructuras de conservacion del suelo actuan como controles antropogenicos de la sensitividad de la cuenca, reduciendo su conectividad estructural e imponiendo umbrales de precipitacion muy elevados para la activacion de procesos de transferencia de sedimento. Sin embargo, su abandono y degradacion desencadena dinamicas de retroalimentacion entre la conectividad estructural y funcional que alteran los patrones espaciotemporales de los flujos de sedimento, acelerando los procesos de erosion y degradacion del suelo. La conectividad del sedimento demostro ser un marco conceptual adecuado para estudiar los efectos de estos elementos antropicos sobre los flujos de sedimento en el interior de las cuencas. La identificacion precisa de las zonas de generacion del sedimento, de deposicion y los mecanismos de intercomunicacion interzonales, asi como la magnitud–frecuencia de los procesos de (des-)acoplamiento de sedimentos puede tener aplicaciones para la gestion sostenible de tierras o para el mantenimiento y mejora de las estructuras tradicionales de conservacion del suelo.