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Introducción
El transporte de sedimentos en suspensión constituye el mecanismo de mayor importancia en la transferencia de materiales por los cursos fluviales. La carga de sedimentos transportada por un río o arroyo comúnmente representa una mezcla de sedimentos derivados de diferentes lugares y de distintos tipos de fuentes dentro de la cuenca contribuyente. Por ejemplo, un área relativamente pequeña de la cuenca con un determinado uso del suelo, puede contribuir a la mayor parte de la carga de sedimentos en suspensión en la salida de la cuenca. En algunas cuencas, la erosión laminar y en surcos o regueros domina el aporte de sedimentos, mientras que en otras, la erosión en cárcavas representa la fuente primaria. La información sobre el área fuente de sedimentos es de suma importancia para entender la dinámica de los sedimentos en suspensión y el balance de sedimentos de una cuenca (Trimble, 1983; Walling et al., 2001; Walling et al, 2002), para mejorar la interpretación y modelación de la producción de sedimentos en suspensión (Summer et al., 1996) y para diseñar e implantar estrategias de manejo encaminadas a controlar los problemas ambientales asociados a la exportación de sedimentos (USEPA, 1999; Warren et al., 2003; Evans y Gibson, 2006; Gardner y Kjerfve, 2006.).
Existen diversas técnicas para medir o inferir la procedencia de la carga de sedimentos en suspensión (Brazier, 2004; Collins y Walling, 2004). Entre ellas se han utilizado los fenómenos de histéresis resultantes de la relación concentración de sedimentos en suspensión con el caudal (diCenzo y Luk, 1997; Regües et al., 2000). Por ejemplo Klein (1984) atribuye las curvas de histéresis negativas, es decir, las que siguen una dirección en contra de las agujas del reloj, al suministro de sedimentos del canal. Por el contrario, Bogen (1980) identificó fenómenos de histéresis positivos o siguiendo la dirección de las agujas del reloj, con la resuspensión de sedimentos del canal durante el limbo de ascenso de los hidrogramas. Además de ésta interpretación existen otras explicaciones para los fenómenos positivos, como las que consideran el agotamiento de sedimentos desde fuentes superficiales o subsuperficiales (Carling, 1983) y la reducción del desprendimiento de partículas del suelo debido al cese de las lluvias efectivas (Novotny, 1980). Por tanto, es posible explicar fenómenos similares de histéresis en términos de suministro de sedimentos, bien de fuentes superficiales o del canal, lo que hace necesario contar con información adicional para verificar la procedencia de los sedimentos (Peart y Walling, 1988). Está claro que en muchos casos, diversas combinaciones de procesos conducen a relaciones similares de concentración-caudal en la salida de la cuenca. Por tanto, los fenómenos de histéresis deben ser interpretados con información complementaria sobre la producción y el transporte de sedimentos con el fin de conocer la contribución de fuentes individuales al flujo de sedimentos medidos en la salida de la cuenca. Entre los diferentes métodos existentes, las observaciones de campo se presentan como un complemento útil para documentar fuentes de sedimentos en suspensión en cuencas (Steegen et al., 2000).
Este trabajo presenta un análisis del caudal (Q) y de la concentración de sedimentos en suspensión (CSS) para la cuenca del río Corbeira (aproximadamente 16 km2) en el noroeste de España. Los datos de caudal y concentración de sedimentos en suspensión, son examinados para siete eventos de lluvia producidos durante el otoño de 2005, con el propósito de documentar la cantidad y procedencia de sedimentos en suspensión del río. En la cuenca se efectuaron observaciones visuales después de cada evento de lluvia con el fin de detectar áreas de erosión y confirmar la relación entre fuentes de sedimentos y la red del arroyo.
Materiales y métodos
Área de Estudio
La cuenca del río Corbeira se localiza (coordenadas UTM: 562658 N, 4785332 O) en la parte alta de la cuenca del río Mero, aproximadamente a 20 km de la ciudad de La Coruña (NO España). La roca madre es esquisto perteneciente a la unidad denominada Complejo de Órdenes, el cual abarca un amplio sector de la región de Galicia. El clima de la región, de acuerdo con la clasificación agroecológica de la FAO es templado sub-tropical con inviernos húmedos. La precipitación media anual es de 1180 mm, concentrada básicamente en otoño e invierno. La temperatura media anual es de 13 °C. El arroyo Corbeira drena alrededor de 16 km2 de una cuenca de cabecera, cuya altitud varía entre 60-474 m y la pendiente media es del 20%. La mayor parte de la cuenca es forestal (65%) con predominio de pinos y eucaliptos. La superficie agrícola útil representa el 30%, predominando las praderas, pastos y maíz, y en menor medida cereal de invierno, patatas y extensiones muy pequeñas de cultivos hortícolas. Aunque la mayor parte de la cuenca tiene una buena cubierta vegetal durante todo el año, algunas parcelas permanecen sin vegetación después de la recolección del maíz. El sistema de labranza del suelo es tradicional, lo que conlleva un laboreo primario, generalmente con arado de vertedera, seguido por labores de desmenuzamiento y mullido del suelo. La textura del suelo es limosa y franco-limosa. La precipitación registrada en la cuenca durante el año 2005 ascendió a 1042 mm. El 50.6% de la precipitación anual se registró entre octubre y diciembre, situándose el periodo de estudio en la época más húmeda de este año.
Equipo y Métodos
En la salida de la cuenca se midió el nivel de agua en continuo usando un sensor de presión acoplado a un equipo colector de muestras de agua automático (ISCO modelo 6712FS). El nivel se transformó en caudal mediante la calibración de una curva de gasto. El colector de muestras se programó para comenzar el muestreo cuando se excede el umbral del nivel de agua. Este umbral fue variable a lo largo del periodo de estudio, pues la operación de muestreo se modificó manualmente con el fin de seguir adecuadamente la evolución temporal del evento, de modo que permitiese tomar muestras durante el ascenso, el pico y el descenso del limbo del hidrograma. El tiempo de la colecta de muestras fue variable y se considera representativo del transporte de sedimentos durante los eventos estudiados. La concentración de sedimentos en suspensión (CSS) se determinó por gravimetría. Las muestras de agua se filtraron al vacio a través de un filtro de 0.45 mm y el residuo se secó a 105 °C durante 24 h. Posteriormente se pesó el residuo para obtener la CSS (mg L-1).
La producción de sedimentos en la cuenca (Mg km-2) se calculó multiplicando los datos de caudal por la concentración de sólidos en suspensión, dividiendo este producto por la superficie total. Cuando se observó la formación de surcos y cárcavas dentro de la cuenca, se estimó el volumen de suelo erosionado, así como los depósitos de sedimentos. El volumen se transformó en peso considerando una densidad aparente de 1500 kg m-3. Se tomó este valor por ser el que presentan otros suelos sobre esquistos del Complejo de Órdenes próximos a la zona de estudio, tal como encontró Valcárcel et al. (2003).
Las curvas de histéresis resultan de graficar CSS contra Q para eventos de lluvia individuales y la interpretación de las mismas se realizó de acuerdo a los criterios de Williams (1989).
Resultados y discusión
La concentración de sedimentos en suspensión, el caudal y la lluvia fueron medidos durante 7 eventos de lluvia producidos en el otoño de 2005, cuyas características se resumen en el Cuadro 1. Se obtuvieron datos de los eventos completos. Se muestreó el ascenso, pico y descenso del caudal.
Los resultados muestran una gran diferencia entre sedimentos en suspensión transportados durante cada evento y entre eventos. La concentración máxima de sedimentos varió entre 44 y 626 mg L-1. El primer valor correspondió al evento 25-28 noviembre y el segundo al evento 1-3 diciembre. La producción de sedimentos osciló entre 0.036 y 1.3 Mg km-2, originándose el valor máximo en el evento 1-3 diciembre 2005 que fue el de mayor caudal del periodo de observación (Cuadro 1). La elevada humedad antecedente causada por los eventos previos (105.8 mm en los 21 días anteriores), junto con una elevada concentración en la distribución de las lluvias, podría explicar el caudal máximo alcanzado durante este evento, originado con cantidades de lluvia similares a las de eventos anteriores.
El evento 19-20 octubre, generado con una alta precipitación, ocasionó una baja concentración de SS mientras que el siguiente evento (31 de octubre 1 de noviembre), con sólo 0.8 cm de precipitación, alcanzó CSSs similares (131 mg L-1), probablemente debido al elevado estado de humedad del suelo al comienzo del evento (la lluvia de los 5 días anteriores fue de 6.1 cm). El evento 2-3 noviembre, producido un día después del mencionado anteriormente, alcanzó valores muy altos de CSS (CSSmax 474 mg L-1) y de producción de SS (0.56 Mg km-2 considerando la superficie total o 1.87 Mg km-2 atendiendo exclusivamente al área agrícola). Hay una alta precipitación (5.1 cm) y elevada humedad antecedente (7.8 cm en 5 días). La inspección visual de la cuenca, realizada con especial atención en las zonas agrícolas, por ser estas áreas particularmente sensibles a la erosión durante el otoño (Valcárcel et al., 2003; Taboada et al., 2008), permitió identificar durante este evento la formación de surcos y cárcavas efímeras (Figura 1) en una parcela de fuerte pendiente (del orden del 20% en el 85% de su superficie y superior al 25% en el 10% de la parcela), adyacente al arroyo, situada en la cabecera de la cuenca. La formación de los surcos y cárcavas tuvo lugar después de la recolección del maíz, cuando la infiltración del agua de lluvia se encontraba dificultada a causa del encostrado superficial, datos acorde a los estudios realizados por Valcárcel et al. (2003) y Taboada et al. (2008). Dichos rasgos de erosión se agrandaron durante el evento acaecido entre el 1 y 3 de diciembre, y se produjeron otros nuevos. Para cada uno de estos eventos, se calcularon las tasas de erosión y deposición dentro de la parcela, así como, la cantidad de sedimentos aportados al curso de agua. Los resultados mostraron que los regueros y cárcavas efímeras causaron una gran influencia sobre los sedimentos en suspensión exportados durante ambos eventos. Así, el evento 2-3 noviembre exportó 9 Mg de sedimentos en suspensión, de las cuales 8.3 Mg proceden de los canales de erosión (regueros y cárcavas) mientras que en el evento 1-3 diciembre, la aportación de sedimentos al arroyo debida a este tipo de canales se cifró en 14.95 Mg y la exportación de materiales en suspensión en 20.98 Mg. La diferencia existente entre estos dos últimos datos sugiere un aporte adicional de sedimentos. Las observaciones visuales, permitieron comprobar cómo en algunas parcelas con escasa cubierta vegetal debido a la siembra reciente del cereal de invierno, se formaba escorrentía superficial que transportaba rápidamente los sedimentos hacia el arroyo a través de las cunetas. Además, las fuertes lluvias de este evento (1-3 diciembre) arrastraron hacia el arroyo sedimentos depositados en praderas limítrofes a los terrenos de cultivo.
La producción de sedimentos asociada con estos dos eventos (Cuadro 1) refleja que la parcela, fue particularmente susceptible a la escorrentía y erosión en estas condiciones. Estos resultados ponen de manifiesto como un pequeño número de eventos, unido a un determinado uso de la tierra (suelo agrícola desprotegido) influyen en la erosión y exportación de sedimentos al cauce. Las observaciones de campo han evidenciado una escasa importancia de las zonas forestales y orillas del cauce como fuentes de sedimentos durante el periodo de estudio.
Con respecto a los eventos 8-10 noviembre, 12-14 noviembre y 25-28 noviembre, generados con precipitación similar a la de los eventos erosivos (2-3 noviembre y 1-3 de diciembre) exportaron pocos SS (Cuadro 1). Esto puede ser debido a la distribución de las precipitaciones, que en los primeros alcanzaron una mayor duración que en los del 2-3 noviembre y 1-3 de diciembre y, en consecuencia, no generaron erosión concentrada en la parcela desprovista de vegetación. Por este motivo, los sedimentos disponibles para ser transportados al cauce fueron menos cuantiosos que en los eventos más erosivos (2-3 noviembre y 1-3 de diciembre).
A pesar de la alta variabilidad que reflejan los eventos en términos de agua y producción de sedimentos, los hidrogramas mostraron formas similares, con ascensos rápidos y descensos prolongados hasta estabilizarse en un valor por encima del caudal anterior al del evento. La Figura 2 muestra dos ejemplos de hidrogramas y sedimentogramas observados en la cuenca del río Corbeira. Los sedimentogramas también presentan características similares, la concentración de sedimentos en suspensión se incrementa rápidamente con el caudal alcanzando el pico de concentración antes que el de caudal o bien con el de caudal. En ningún caso la CSS máxima se alcanza en la rama descendente del hidrograma, lo cual podría indicar que las fuentes de sedimentos se hallan próximas al arroyo. En la mayor parte de los casos, es decir, en cinco de los siete eventos, se obtuvieron fenómenos de histéresis positivos. Sólo en los eventos del 31 octubre-1 noviembre y 2-3 noviembre, en los cuales hubo lluvias al final del evento, se obtuvieron formas de ocho.
Las histéresis positivas se han interpretado de diversos modos. En algunos casos se relacionan con las condiciones del evento (Seeger et al., 2004) y en otros con las fuentes de sedimentos (Klein, 1984; Lenzi y Marchi, 2000). Zabaleta (2007) en cuencas de clima templado húmedo, atribuye las histéresis positivas a la escasez de sedimentos disponibles cercanos al cauce del río para ser transportados, mientras que Soler et al. (2007) en cuencas de montaña del área mediterránea explica este comportamiento por la resuspensión de sedimentos depositados en el canal a causa del incremento del caudal.
En nuestro estudio, la histéresis positiva observada durante los eventos puede ser explicada por fuentes de sedimentos cercanas al arroyo. Las observaciones de campo permitieron visualizar cómo los surcos y cárcavas efímeras localizadas en la cabecera de la cuenca, en una parcela colindante con el arroyo, han contribuido significativamente a la exportación de sedimentos durante el periodo de estudio.
Conclusiones
- Las observaciones de campo aportan información para identificar las áreas de la cuenca que experimentan erosión y permiten confirmar la relación entre fuentes y producción de sedimentos.
- Los fenómenos de histéresis positivos en los diagramas de la relación caudal-concentración de sedimentos en suspensión son los tipos más comunes en esta cuenca durante eventos de otoño. Sin embargo, cuando se produce un pico secundario de lluvia los fenómenos de histéresis en forma de ocho pueden ocurrir. Los surcos y cárcavas efímeras fueron importantes fuentes de sedimentos durante el periodo de estudio.
