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Introducción

La erosión del suelo es una grave amenaza pa-ra el mantenimiento de sistemas agrícolas y am-bientales. Sin embargo, por el carácter discontinuodel fenómeno, ligado a la ocurrencia de lluvias in-tensas a veces esporádicas, su percepción por la so-ciedad es intermitente, a pesar de que cuando suce-den episodios catastróficos se exigen respuestas in-mediatas a la Administración. En zonas semiáridas,una consecuencia de gran importancia asociada a laerosión es la pérdida de capacidad de almacena-miento de los embalses.

Un problema frecuente en estudios ambienta-les de embalses es la escasez de información pasa-da e incluso presente con la que obtener una buena

estimación de la erosión y del volumen de sedi-mento aportado al embalse, y así poder planificar elóptimo manejo de los recursos disponibles, mante-niendo el equilibrio natural del proceso de degrada-ción y regeneración del suelo.

El IARA (1986) publicó una relación de lascuencas de ríos embalsados de Andalucía, clasifi-cándolos según su nivel de degradación. Las cifrasofrecen un panorama pesimista: 47 de las 76 cuen-cas estudiadas presentan pérdidas de suelo superio-res a 50 toneladas por cada hectárea, al cabo delaño. En particular, la cuenca del río Colomera apa-rece en los primeros lugares, con un ritmo de132.94 t/ha/año, y la del río Cubillas, con 120.90t/ha/año. Estas cifras contrastan con las reflejadasen los mapas de estados erosivos confeccionados

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ResumenEn este trabajo se analiza la producción de sedimentos en las cuencas de los ríos Cubillas y Colo-mera, afluentes del río Genil, que tienen los embalses conectados. Para ello se ha aplicado la ecua-ción universal de pérdida de suelo sobre las celdillas de una gran retícula en la que se han dividi-do las cuencas, abordando el estudio en un sistema de información geográfica. La circulación desedimentos se basa en los coeficientes de entrega definidos en función del tiempo de viaje por lasuperficie de la cuenca, propuesta por Dickinson y Rudra (1990) en el modelo GAMES, adaptándo-la en algunos aspectos al método propuesto.Una vez validado el modelo, mediante la comparación de los resultados obtenidos con los recogi-dos en la bibliografía, y ante la imposibilidad de realizar una correcta calibración del mismo al noexistir datos experimentales suficientes, se ha realizado un análisis de sensibilidad con el propó-sito de estimar el nivel de error introducido en los resultados del modelo, ante variaciones de suparámetro principal.Finalmente, se han simulado diferentes situaciones para localizar las zonas más susceptibles demejora con diferentes prácticas de conservación, concluyéndose que el método estima bien los ni-veles erosivos de las cuencas, y las cantidades de sedimento aportadas a sus respectivos embal-ses. Además se ha determinado el valor umbral del llamado factor de cubierta por encima del cuales preferible un cambio de manejo del suelo frente a la protección directa de cauces fluviales, pa-ra disminuir el sedimento recibido por los embalses.Palabras clave: sedimentos, Sistemas de Información Geográfica, modelo de gestión, simulación deconservación.

1. Departamento de Ingeniería Rural. Universidad de Almería.2. Departamento de Agronomía. Universidad de Córdoba. Telf.: 957 29 33 33; e-mail: [email protected]

Artículo recibido el 18 de noviembre de 1998, recibido en formas revisadas el 30 de marzo de 1999 y el 26 de enero de 2000, y aceptado para su publi-cación el 10 de febrero de 2000.

ANÁLISIS DE LA PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS EN UNA

CUENCA CON UN SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA.

EL SISTEMA CUBILLAS-COLOMERA.Carvajal Ramírez, F.1 y Giráldez Cervera, J.V.2

por ICONA (1987), de un orden de magnitud diezveces inferior, y con las estimaciones de los técni-cos encargados de la gestión y control del embalsedel Cubillas (Masa, 1996) que cifran la producciónde sedimento de la cuenca en 4.77 t/ha/año en fun-ción a mediciones indirectas del suelo recibido enel embalse y de los caudales y concentraciones eva-cuados por el canal de desviación instalado aguasarriba del mismo. La densidad media ha sido esti-mada con los datos de Lane y Koelzer (e.g. Simonsy Sentürk, 1992, Table 4.3) para una granulometríamedia estimada en la zona, de partes iguales de are-na, limo y arcilla, suponiendo un embalse con unaextracción normal de agua, sin que el sedimento seseque demasiado.

El objetivo principal de este trabajo es la pro-puesta de una metodología sencilla para estimar lacantidad de sedimento que aportan las cuencas deríos a sus embalses. Para ilustrar su aplicación prác-tica se han realizado simulaciones de escenariosque permiten evaluar las consecuencias de las dife-rentes opciones de manejo, incluyendo circunstan-cias tales como una deforestación o una variaciónde la cantidad y frecuencia de las precipitaciones.

Modelos de erosión acoplados a sistemasde información geográfica.

Los sistemas de información geográfica, co-mo señalan Burrough y McDonnell (1998), consti-tuyen un potente conjunto de programas informáti-cos, útiles para captar, almacenar y recuperar poste-riormente, transformando y visualizando datos es-paciales del mundo real para diversos fines.

Su empleo en hidrología requiere el conoci-miento de las leyes por las que se rigen los fenóme-nos estudiados. Existen numerosos modelos hidro-lógicos y erosivos (e.g. Singh, 1989) que se puedenemplear en condiciones muy diversas.

El proceso de erosión queda caracterizado conla modelización de la rotura de los agregados delsuelo, su transporte y posterior depósito a ciertadistancia en forma de sedimentos. El modelo deMeyer y Wischmeier (1969), fue quizás el primeroque reconoció esto de una forma sencilla, limitandola erosión al mínimo de los procesos característicosmencionados. Los resultados permiten apreciar lainfluencia que tiene la pendiente y la susceptibili-dad del suelo en su erosión.

Posteriormente, Foster y Meyer (1975) propu-sieron un modelo basado en la misma idea, pero

con una formulación más elaborada, considerandoque la intensidad de erosión en una cárcava es line-almente proporcional a la diferencia entre la capa-cidad de transporte del flujo de escorrentía y el flu-jo total de sedimentos, y que la capacidad de ero-sión del flujo de escorrentía es proporcional a su ca-pacidad de transporte.

En la década de los ochenta aparecieron di-versos modelos de erosión que trataban al conjuntoflujo de agua y partículas sólidas mediante lasecuaciones de transporte de agua conocidas comode Saint-Venant, cuya expresión más general estáformada por una ecuación de continuidad y otra deconservación de la cantidad de movimiento. De en-tre ellos, cabe destacar el modelo de Rose (Rose1985, Sander y col. 1996), que supone que la inten-sidad de desprendimiento de sólidos es una funciónpotencial de la intensidad de lluvia, y que la inten-sidad de depósito es proporcional a la concentra-ción de partículas sólidas en el flujo de escorrentía.

Las simplificaciones aplicadas sobre las ecua-ciones de transporte, despreciando los términos deaceleración local y convectiva, dan lugar a la expre-sión conocida como onda difusiva empleada en elmodelo de Govindaraju y Kavvas (Govindaraju,1995). Si además se desprecia el término de presión,se obtiene la onda cinemática, en la que se basa elmodelo propuesto por Singh (Lane y col. 1988).

La solución analítica de los modelos mencio-nados anteriormente y de los basados en el empleode las ecuaciones de transporte de Saint-Venant re-presenta generalmente muy bien el fenómeno deerosión, aunque la determinación de las condicionesde borde requeridas para integrarlas, puede ser com-pleja cuando se aplican a un nivel de escala general.

En cambio existen modelos de solución nu-mérica que se basan en los mismos principios quelos anteriores, aunque emplean representacionessimplificadas de las características de las cuencas.Woolhiser y col. (1990) desarrollaron el modeloKINEROS, basado en la descomposición de lacuenca en planos, canales y embalses concatenadosen cascada en las que el agua y los sedimentos cir-culan según la aproximación cinemática a las ecua-ciones de transporte. Siendo un modelo de granversatilidad, exige una gran información sobre lacuenca y sirve para episodios aislados. El modeloEUROSEM (Morgan y col., 1998) es una adapta-ción de KINEROS con algunas mejoras. Es un mo-delo distribuido aplicable a parcelas y pequeñascuencas, que simula bien los fenómenos de rotura

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Carvajal Ramírez, F. y Giráldez Cervera, J.V

INGENIERÍA DEL AGUA · VOL. 7 · Nº 3 SEPTIEMBRE 2000

de agregados, transporte y sedimentación de sedi-mento y predice la escorrentía y la pérdida de sue-lo, ofreciendo como resultado hidrogramas y sedi-mentogramas de eventos de lluvia aislados.

En este trabajo se ha usado un sistema de in-formación geográfica en formato teselar para simu-lar la pérdida de suelo anual por erosión hídrica, ba-sándose en la ecuación universal de pérdida de sue-lo revisada y en el concepto de coeficiente de en-trega.

Adaptación del modelo de erosión

Entre los modelos específicos de pérdida desuelo destaca la ecuación universal de pérdida desuelo, EUPS, (Wischmeier y Smith, 1958b, 1978),basada en medidas efectuadas realizadas durantemás de cuarenta años por el Servicio de Conserva-ción de Suelos de los Estados Unidos. Aunque decarácter eminentemente práctico y simplificador,resume la amplia información adquirida duranteesos años y a pesar de la difícil extrapolación de al-gunos de sus parámetros (e.g. Stocking y col,1988.) ha sido usado con éxito en numerosas partesdel mundo (e.g. Jansson 1982, § 16.3). Al mismotiempo el modelo ha ido actualizándose, mejorandola definición de muchos parámetros y adaptandonuevas tecnologías como el laboreo de conserva-ción. En la actualidad el propio Departamento deAgricultura de Estados Unidos patrocina una nuevaversión de la ecuación, denominada la ecuación re-visada RUSLE (Renard y col., 1997) en sus inicia-les inglesas, y otro más complejo conocido porWEPP (e.g. Lane y Nearing 1989, Chaves y Nea-ring 1991, Ascough y col., 1997).

La filosofía de la ecuación de pérdida de sue-lo es muy sencilla. En ella, la pérdida media de sue-lo A, (ML-2T-1), se estima como producto de seisfactores que reflejan las influencias del clima R,(MLT-3), de las características resistentes del sueloK, (L-3T2), del relieve LS, de la cubierta de la su-perficie, C, y de las prácticas de protección, P:

La pérdida media de suelo por unidad detiempo A, suele expresarse en t/ha/año.

El factor climático R, fue determinado origi-nalmente por Wischmeier y Smith (1958a), comola suma anual para cada episodio de lluvia i, delproducto de la energía cinética con la que las gotasde lluvia llegan al suelo Ec, por la intensidad máxi-

ma de precipitación registrada en períodos de 30minutos, I30,

Posteriormente Williams (1975a, 1977), ob-servó que la estimación de la producción de sedi-mentos en pequeñas cuencas agrícolas basándoseen la ecuación universal de pérdida de suelo podíallevar a conclusiones completamente falsas, ya queexiste una fracción del sedimento producido en ca-da parcela que se deposita en la misma y que de-pende de la relación entre el flujo de sedimento deentrada y su capacidad de transporte. Algunos delos sistemas de manejo del suelo podían hacer va-riar en el tiempo esta relación, aunque en el caso deexistir deposición, se encontró una alta correlaciónentre la producción de sedimento de cada parcela ylas características del flujo de escorrentía. Para re-presentar esta variación temporal, propuso la susti-tución del factor de erosión por lluvia y escorrentíaR, por el siguiente:

donde V es el volumen de escorrentía, Qp es el cau-dal punta descargado y a y b son parámetros expe-rimentales. La ecuación de pérdida de suelo con es-te factor R es conocida como MUSLE.

El factor de erodibilidad K, estima la resisten-cia del suelo frente a los agentes erosivos, reco-giendo la influencia de la textura y el contenido demateria orgánica. Sin embargo la relación másaceptada entre estas propiedades del suelo y su ero-dibilidad no representa bien el comportamiento demuchos tipos de suelos a la erosión hídrica. En laúltima versión (Renard y col., 1997, § 3) se hanagrupado 225 tipos de suelos de todo el mundo enclases texturales, relacionando sus valores mediosde erodibilidad con el diámetro medio de partículade cada clase. Esta fórmula puede aplicarse conbuenos resultados para la predicción del factor K ensuelos que presenten menos del 10% de partículascon diámetro mayor a 2 mm, siendo especialmenteútil cuando la información disponible sea escasa ocuando las composiciones de textura estén dadas endiferentes sistemas de clasificación.

La topografía está expresada como el produc-to del factor de longitud de ladera L y el factor dependiente S. En principio se usaron expresionescon parámetros empíricos. Posteriormente han sidopropuestas diversas fórmulas alternativas de esti-

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ANÁLISIS DE LA PRUDUCCIÓN DE SEDIMENTOS EN UNA CUENCA CON UN SITEMADE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. EL SISTEMA CUBILLAS-COLOMERA.


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mación del factor topográfico mejorando en ciertosaspectos las originales (McCool y col., 1987), aun-que Moore y Burch (1986) demostraron con unmodelo de erosión la bondad de las primeras.

El factor de cubierta C, resume la influenciade la cubierta vegetal, y de las prácticas de manejodel mismo sobre la erosión y ha sido muy emplea-do para comparar la repercusión que tienen las di-ferentes opciones de manejo en los planes de con-servación. Indica el modo en que afectará un deter-minado plan de conservación en la pérdida de sue-lo media anual o cómo se distribuirá a lo largo deltiempo la pérdida de suelo potencial con determi-nadas rotaciones de cultivo u otras actividades. Es-te factor representa el cociente entre la pérdida desuelo que presenta una zona en unas condicionesdeterminadas respecto a la que experimentaría otralimpia de residuos de cosecha y en barbecho conti-nuo. Sin embargo en la RUSLE, el factor C es esti-mado como una función de una serie de tres sub-factores que resumen el impacto del cultivo previoy su manejo, la reducción de la erosión por la cu-bierta vegetal y la rugosidad del suelo, y la reduc-ción de la escorrentía en lluvias de poca intensidadcuando la humedad precedente del suelo es baja(Renard y col., 1997, § 5). Cuando no se puede ol-vidar la variación temporal de factor C, se calculauna media de los diferentes factores C correspon-dientes a los períodos intermedios, ponderando me-diante la fracción de la erosividad asociada a ellos.

El factor de prácticas de conservación P, esti-ma la reducción de pérdida de suelo que se puedeconseguir al aplicar alguna medida de protección.

Al cociente entre la pérdida media de suelo yel factor de prácticas de conservación A/P, se le co-noce como erosión potencial y representa la canti-dad de suelo que puede llegar a erosionarse, inde-pendientemente de las técnicas de protección quese utilicen.

Esta ecuación no ha sido aceptada totalmen-te, en parte por sus propias limitaciones. La prime-ra versión, Wishmeier y Smith (1958), estaba res-tringida a la región comprendida por las MontañasRocosas y el Océano Atlántico. Y en parte por ladifícil extrapolación de los valores asignables a losparámetros en aquellas regiones en que no existíaexperiencia previa. Hay algunas alternativas, co-mo la ecuación para estimar la pérdida de suelo enSuráfrica de Stocking y col. (1988) o el método deMorgan y col. (1984), pero adolecen de similaresdefectos.

La conversión del suelo perdido en sedimentono es inmediata. Una vez que se fragmenta el agre-gado del suelo, los residuos pueden permanecer enel sitio que ocupaba el agregado o desplazarsearrastrados por la corriente de agua. En el primercaso se dice que el proceso de erosión está limitadopor la producción de sedimento, mientras que en elsegundo está limitado por el transporte.

Cuando la erosión está limitada por el trans-porte, los sedimentos van quedando depositados alo largo de su recorrido aguas abajo, estimándose lacantidad total producida en una cuenca, Y, por unfactor que modifica la cantidad inicial, la pérdidade suelo, A, conocido como el coeficiente o cocien-te de entrega, DR

La evaluación del coeficiente de entrega no esfácil pues se debe a la confluencia de numerososfactores (e.g. Singh, 1989, § 11.4.5). Una propues-ta simplificada es la de Williams (1975b) quien lorelacionó con el tiempo de viaje del sedimento des-de el origen Tv, y el tamaño representado por el diá-metro de la mediana de los sedimentos, D50,

con α como coeficiente empírico o de ajuste. Usan-do esta expresión Hrissanthou (1990) describió elaporte de sedimentos a un embalse de Baviera.

Otra propuesta aceptable es la de Dickinson yRudra (1990) quienes expresan la dependencia delcoeficiente con el tiempo de viaje de forma alterna-tiva,

en la que los parámetros γ y δ dependen de la pen-diente, disminuyendo cuando ésta aumenta, y β esun coeficiente de ajuste empírico. Otras expresio-nes se basan en la superficie de la cuenca, Sp,

con ε y λ como coeficientes, como la de Roehl(1962, en Singh, 1989), en la que ε=0.36 y λ=0.2cuando Sp está expresado en km2.

Jansson (1982, § 10.2) destaca la influenciade la vegetación y la intensidad de la lluvia en el co-ciente de entrega.

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(7)

La estimación del tiempo de viaje Tv se deberealizar en función de la velocidad de movimientodel agua en la cuenca. Se ha propuesto una relaciónsencilla basada en la ecuación del flujo uniforme,aplicable a cada tramo, obteniéndose el tiempo deviaje total como la suma de los tiempos empleadosen los distintos tramos, (e.g. Chow y col., 1988, §5.7). Sin embargo, el flujo superficial del agua en lacuenca no es siempre bajo régimen uniforme. Porello Dickinson y Rudra (1990) sugirieron una alter-nativa en función de la ocurrencia de lluvia. En lafórmula de la velocidad del agua en un flujo unifor-me, en este caso la de Manning, se substituye el ra-dio hidráulico por un “factor hidrológico”, hc, demodo que el tiempo de viaje en un tramo i cual-quiera de la cuenca, Tvi, será

en la que ni es el coeficiente de Manning para el tra-mo, Si su pendiente, Li su longitud, y hci el factorhidrológico. Para cualquier recorrido el tiempo deviaje será la suma de los correspondientes tramos.

De esta forma se ha elaborado un modelocompuesto por una estimación de la pérdida de sue-lo según la ecuación universal de pérdida de suelo(1) con un coeficiente de entrega del sedimento si-guiendo la formulación de Dickinson y Rudra(1990), cuyo esquema aparece en la Figura 1.

Aplicación del modelo

Se ha segmentado la superficie total de lascuencas en unidades elementales cuadradas deno-minadas celdas de 0.01 km2 de superficie, median-te el proceso conocido como teselación. De estemodo, la información básica del modelo y los re-sultados parciales y final que se obtengan, estaránrecogidos en matrices de igual número de filas ycolumnas, denominadas mapas, en cuyos nodos sesitúan las celdas cuyo valor numérico se supone re-presentativo de toda su superficie.

Para la estimación de la producción de sedi-mento se calculan mapas representativos de los fac-tores de la Ecuación 1, de los que se obtendrá unaestimación de la pérdida de suelo que se puede pro-ducir en dichas celdas. Al no disponer de informa-ción suficiente para calcular el factor de prácticasde protección P, la pérdida de suelo calculada seráen realidad A/P, también llamada erosión potencial.

Multiplicando este resultado por los coefi-

cientes de entrega calculados mediante la Ecuación6, se obtendrá la cantidad de sedimento producidoen cada una de las celdas de las cuencas.

En ausencia de estaciones meteorológicasprovistas de pluviógrafos capaces de medir de for-ma continua la cantidad de agua de lluvia, en estetrabajo se ha recurrido al empleo de los datos regis-trados durante 22 años por un pluviógrafo instaladoen Lanjarón, zona de comportamiento climático si-milar al de la de estudio, situada a 30 km del em-balse Cubillas. La aplicación de la Ecuación 2 so-bre los mismos permitió calcular el factor climáticopara cada uno de los años de la serie. Se ajustó unacurva de regresión de tipo potencial que relacionael factor climático anual R de Lanjarón con la pre-cipitación media anual P, en mm, consiguiendo uncoeficiente de regresión del 78.4 %:

La aplicación de la Ecuación 9 a los valores deprecipitación media anual registrados en 25 estacio-nes interiores y cercanas a la cuenca, recogidos porDe León (1989), permitieron obtener una serie de25 factores climáticos R, en (MJ mm ha-1 h-1 año-1).La estimación del mismo factor en el resto de cel-das se realizó mediante interpolación por el métodode medias móviles ponderadas por el cuadrado dela distancia (Bosque, 1992, § XIX.4).

Los mapas de suelos y de cubierta vegetal, aescala 1:200.000, de Pérez y Prieto (1980), infor-man sobre la clase de suelo que existe en cada loca-lización de la cuenca y del aprovechamiento que elhombre hace de él, permitiendo estimar los factoresde resistencia a la erosión del suelo o erodibilidadK, y de cubierta C, respectivamente.

Se ha asignado a cada clase de suelo de lascuencas un valor del coeficiente K, siguiendo el cri-terio de ICONA (1982), en función a su textura,contenido de materia orgánica, estructura y perme-abilidad.

El factor de cubierta C de cada clase halladaen el mapa de cubierta vegetal ha sido estimado através del método ya usado por ICONA, 1987, se-gún el que dicho factor es función del tipo de cu-bierta, del porcentaje de recubrimiento de cubiertavegetal y del porcentaje de cubrimiento por la cu-bierta que está en contacto con el suelo. En el casode cultivos en rotación, se han hallado medias delos valores del factor C para cada uno de los culti-vos que se suceden en el tiempo.

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(8)

(9)

La topografía de las cuencas ha sido definidamediante las curvas de nivel interiores a ellas, quese representan en las hojas 1009, 1010, 991, 992,969, 970 del MGN del Servicio Geográfico delEjército. El factor topográfico de cada una de lasceldas de las cuencas ha sido calculado mediante laexpresión propuesta por McCool y col. (1987), quefue obtenida por ajuste de valores de erosión medi-dos en parcelas experimentales. Dado que las ca-racterísticas morfológicas de las mismas no sonasimilables a las de las celdas, se ha corregido elfactor topográfico, en función de la posición relati-va que ocupan dentro de la ladera de escorrentía,según el criterio de Foster y Wischmeier (1974) pa-ra laderas de pendiente irregular. La necesidad decorrección del factor topográfico, sobre todo enáreas de topografía muy accidentada, es avaladapor el trabajo de Govers y Desmet, 1995.

El mapa que representa el coeficiente de en-trega ha sido calculado mediante la aplicación de la

Ecuación 6. En ella se puede apreciar la existenciadel parámetro (_ cuya validación se hará necesariaen cada aplicación del modelo. Sin embargo, en es-te trabajo se ha optado por la aceptación del valorrecomendado por Dickinson y Rudra, 1990, y la re-alización de un análisis de sensibilidad del mismoMcCuen y Snyder, 1986, § 10. De este modo setendrá una aproximación al error introducido en losresultados del modelo al determinar el valor del pa-rámetro de calibración, β.

Los elementos representados en la Figura 1mediante rectángulos, constituyen la informaciónbásica necesaria para la aplicación del modelo pro-puesto en este trabajo. Después de recopilada, fuetransformada a formato digital, depurando los erro-res mediante el SIG llamado ARC/INFO (ESRI,1992), para posteriormente ser tratada en el llama-do GRASS (DBA, 1991), siguiendo las fases si-guientes.

230



Figura 1. Estructura de aplicación del modelo.

Resultados y discusión

Terminado el proceso de introducción y co-rrección de datos topográficos en GRASS, se gene-ró un modelo de las elevaciones que tienen todaslas celdas de las cuencas, en formato digital.

Los factores de la ecuación de pérdida de sue-lo están representados en los mapas de las Figuras2, 3, 4 y 5.

A partir del modelo de elevaciones se realizauna simulación de los aspectos de la cuenca, Figu-ra 6, para su comparación con fotografía aérea, unestudio de pendientes, Figura 7 y otras operacionesde análisis espacial cuyos resultados parciales son:

- Mapa de erosión potencial en cada celda (Figura8), que resulta de la aplicación de la Ecuación 1, alos mapas representados en las Figuras 2, 3, 4 y 5.

- Mapa de distribución del coeficiente de entregadentro de la cuenca, Figura 9.

Multiplicando los valores de estos dos, se ob-tiene el mapa de sedimento aportado por cada celdaal embalse, Figura 10. Para el cálculo de la produc-ción total de sedimentos (Figura 11) se realizó unasimulación de escorrentía, almacenando en cadacelda el valor de sedimento que es aportado por to-das aquellas situadas aguas arriba, y que se encuen-tra en el mapa de la Figura 10.

231



1300 a 1399

1400 a 1499

1500 a 1599

1600 a 1699

1700 a 1799

1800 a 1899

1900 a 2000

Figura 2. Factor R (MJ mm ha-1 h-1 año-1)

Figura 3. Factor K

0 a 0,09

0,10 a 0,99

1 a 9,99

1600 a 1699

Figura 4. Factor topográfico corregido LS (%)

23

23

13

3

14

42

56

Figura 5. Factor de cubierta C (%). Se asigna un valor medio a cada clase.

Embalse Colomera

Embalse Cubillas

N

Figura 6. Cuencas aportadoras a los embalse.

Una consulta sobre el valor de las celdas querepresentan las cerradas de los dos embalses en elmapa de producción total de sedimentos, informaque el río Cubillas recibe 3.35 t/ha/año, y el Colo-mera, 9.90 t/ha/año.

Masa (1996) estimó por diferencia de curvasbatimétricas, la pérdida de capacidad de almacena-miento de Cubillas en 2.26 hm3, desde su puesta enfuncionamiento en 1954. Desde esta fecha tambiénentró en servicio un túnel de desviación situadoaguas arriba del embalse cuya finalidad era evitarocasionalmente las avenidas con mayores concen-traciones de sedimento, que evacuó en 42 años unvolumen de sólidos de 6.98 hm3. Suponiendo queno existiera el túnel pasaría al embalse un total de9.24 hm3, que disminuido en un 10% por las pérdi-

232



0 a 56 a 1011 a 2021 a 5051 a 150

Figura 7. Pendientes (%)

0 a 0,991 a 9,9910 a 99,99100 a 499,9500 a 1248

Figura 8. Erosión potencial en cada celda (t/ha/año).

0 a 45 a 910 a 4950 a 100

Figura 9. Coeficiente de entrega (%)

0 a 9,9910 a 99,99100 a 999,91000 a 9999,910000 a 97188

Figura 10. Sedimento aportado por cada celda (t/ha/año).

0 a 0,991 a 9,9910 a 99,99100 a 999,91000 a 295360

Figura 11. Producción total de sedimentos (t/ha/año).

das de sólidos en suspensión a través del aliviadero,y suponiendo una densidad media de sedimento de1.3 t/m3 y una superficie total de la cuenca de66708 ha, se transforma en una producción de sedi-mentos media anual de 4.77 t/ha/año, del mismoorden que el calculado.

La diferencia entre el valor estimado a travésdel modelo y la medida por batimetría puede consi-derarse despreciable si se compara con los valoresque de una manera un poco imprecisa, se citan enIARA (1986). En dicho estudio se usa una ecuaciónde estimación del aporte de sedimento de una cuen-ca, o lo que en él se denomina degradación especí-fica as, en t/km2/año, en función de las pérdidas desuelo A, en t/año, y de la superficie de la cuenca Sp,en km2:

que no es sino la expresión de Roehl (1962, enSingh, 1989) del coeficiente de entrega de sedi-mentos.

Después de aplicar esta expresión a los datosque aparecen en el informe, se ha determinado en lacuenca del Cubillas una degradación específica de7.57·105 t/año y en la del Colomera de 3.88·105t/año, que confirma el orden de magnitud calculadopor el ICONA (1987).

Se ha supuesto un valor único para el paráme-tro β en la estimación del coeficiente de entrega (6).En la práctica cotidiana será conveniente identificareste parámetro con datos de sedimentación. La difi-cultad del cálculo del parámetro estriba en la necesi-dad del conocimiento de series temporales suficien-temente largas de sedimento aportado por la cuencay medido en el punto de vertido al embalse. Paracompletar la información del modelo se ha efectua-do un análisis de sensibilidad con respecto a variosparámetros, representando los cambios que una mo-dificación del valor de cada parámetro producecuando los otros permanecen constantes. De la rela-ción casi proporcional entre la estimación del sedi-mento aportado y la variación del parámetro de ca-libración β (Figura 12), se deduce que para obtenerunos buenos resultados será necesario determinarcon cierta precisión el parámetro de calibración.

Una disminución del factor de cubierta, pro-ducida por regeneración de las parcelas con erosiónpotencial superior a 100 t/ha/año (Figura 8), cuyoaprovechamiento es susceptible de mejorar desdeel punto de vista erosivo, o un aumento de dicho

factor producido por un abandono progresivo de laslabores agrarias o por incendios forestales en par-celas con pendientes superiores al 20 % (Figura 7),producen respuestas en la producción total de sedi-mentos recibidos por los embalses que son repre-sentados respectivamente en las Figuras 13 y 14.

233



(10)

Figura 12. Variación porcentual del aporte de sedimentosrespecto a la variación porcentual del parámetro β de

calibración del modelo.

Figura 13. Análisis de sensibilidad de la producción desedimentos a la variación del factor de cubierta por

regeneración de parcelas.

Figura 14. Análisis de sensibilidad de la producción desedimentos al abandono progresivo de tierras de labor.

Igualmente, una serie de chubascos torrencia-les de diversas intensidades, registrados en la esta-ción de Sierra Umbría de Iznalloz al sudeste de lacuenca, harían variar la producción total de sedi-mentos recibidos por los embalses siguiendo la ten-dencia representada en la Figura 15.

También se ha establecido un criterio de elec-ción entre la regeneración de las parcelas más sus-ceptibles de mejora en cuanto a protección de culti-vos, que puede requerir el uso de unos recursos li-mitados, o la construcción de sistemas de protec-ción contra la erosión en las zonas adyacentes a loscauces fluviales.

Uso del modelo en la planificación de lacuenca

La protección del suelo de una cuenca puedeser afrontada desde diferentes puntos de vista. Si sepretende que el embalse no pierda capacidad de al-macenamiento por colmatación, podrían emplearsesistemas de protección en las riberas de los caucesfluviales. Por ejemplo el establecimiento de espe-cies vegetales propias de ribera que se autoregene-ren, y que por tanto, tengan una larga vida útil sim-plemente con la precaución de respetar dicho uso.De este modo seguiría produciéndose sedimento,del cual sólo una fracción alcanzaría el río y final-mente el embalse. Quizás sea más efectiva desde elpunto de vista ambiental establecer estrategias queprotejan las zonas de la cuenca que producen ma-yor cantidad de sedimento.

Aunque la solución óptima para la protecciónde los suelos de la cuenca sea una combinación deambas, se podrían considerar excluyentes si se bus-cara una medida de urgencia para paliar la posibili-dad de colmatación del embalse.

A efectos prácticos puede considerarse quecualquiera de las dos soluciones redundaría en uncambio en alguno de los mapas del modelo y porextensión, en la estimación que ofrece el modelodel sedimento producido. El mapa del factor cu-bierta (Figura 5) se verá modificado en aquellas zo-nas de la cuenca donde se instalen los sistemas deprotección de suelo, mientras que en las riberascambia el coeficiente de entrega si se recurre a laprotección de los cauces.

Las primeras pueden ser localizadas realizan-do una consulta en el mapa de la Figura 8 sobre lasceldas que presentan mayor nivel de erosión poten-cial y las segundas estableciendo un corredor alre-dedor de la red fluvial principal.

Para elegir entre ambas alternativas de protec-ción, se supondrá que la eficiencia de atrape de se-dimento de los sistemas de protección de los cauceses del 50%, y que se instalarán en ambas riberas detodos los cauces principales de la red. Por tanto, elmapa del coeficiente de entrega (Figura 9) se hamodificado, imponiendo un valor de 50 en dichaszonas y realizando los dos últimos cálculos expre-sados en la Figura 1. El nivel de producción de se-dimento estimado por el modelo bajo la hipótesisde regeneración de riberas ha disminuido un 14 %respecto al obtenido anteriormente. En cambio, sise localizan las parcelas más susceptibles de pro-tección y en ellas se aumenta el factor de cubierta,habrá que calcular un nuevo mapa de erosión po-tencial, otro de coeficientes de entrega al habersemodificado el mapa de tiempos de viaje, y final-mente un mapa de sedimento aportado por cadacelda, del que se obtiene una nueva estimación delsedimento producido. El cálculo de la sensibilidaddel modelo al factor de cubierta C (Figura 13) se harealizado repitiendo este procedimiento para dife-rentes niveles de protección de parcelas. La ordena-

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Figura 15. Análisis de sensibilidad de la producción desedimentos al aumento de la precipitación media anual

en Sierra Umbría (Iznalloz)

Figura 16. Valor umbral comparativo entre dosalternativas de protección.

235INGENIERÍA DEL AGUA · VOL. 7 · Nº 3 SEPTIEMBRE 2000


da que le corresponde a una disminución del sedi-mento producido del 14% en esta curva (Figura 16)se puede considerar como el valor umbral compa-rativo entre ambas alternativas de protección.

Para que una regeneración de parcelas seamás eficiente en la reducción de la producción desedimento que la protección de riberas supuesta, elfactor de cubierta de dichas parcelas debe superarel valor umbral.

Conclusiones

El uso de modelos sencillos distribuidos enuna superficie grande permite explorar las conse-cuencias de la erosión del suelo. Aunque la infor-mación ambiental es aún escasa y de baja calidad,la representación espacial con sistemas de informa-ción geográfica permite mejorar su aprovecha-miento, lo cual no debe servir como justificaciónpara no ampliar y perfeccionar los bancos de datosambientales, sino para estimularlos.

Los resultados obtenidos confirman una esti-mación previa de la sedimentación en los embalses,lo que refuerza las conclusiones extraídas con elmodelo de la erosión producida en diferentes situa-ciones y con varias alternativas de manejo.

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