Efectos de la actividad agraria sobre los recursos hídricos y la erosión del suelo. Análisis y modelado en cuencas experimentales de la zona media de Navarra

Abstract

Este trabajo caracteriza el comportamiento hidrológico y erosivo de la cuenca agraria experimental de La Tejería del valle de Yerri en Navarra, de 164 ha. Se evalúa el modelo hidrológico de contaminación difusa AnnAGNPS, exitosamente en cuanto al volumen de escorrentía y casi de manera satisfactoria respecto a los sedimentos, la evacuación de N y P se compara al carecer de datos suficientes para su calibración. Se pone de manifiesto una vez más, la conveniencia de caracterizar localmente los parámetros del modelo y el problema que representa la erosión hídrica del suelo y la contaminación por nitratos que acontece como consecuencia de la actividad agrícola. El análisis de sensibilidad destaca el papel del número de curva, del tipo de distribución de lluvia, de la profundidad del suelo, la capacidad de campo, la masa radicular y la rugosidad superficial, además de otros parámetros que caracterizan la erosión por cárcavas efímeras y la erosión de taludes y lecho, como el tamaño de partícula que se considera erosionable. Es un modelo complejo con multitud de parámetros especialmente indicado para la simulación de la contaminación difusa en entornos agrarios. El desarrollo de este trabajo aborda el papel de la distribución temporal de lluvia en el cálculo del caudal punta, y por ello del hidrograma de la cuenca en cada nodo, siendo de especial influencia en los procesos de transporte de sedimentos, y en la evacuación de sedimentos a la salida de la cuenca. Un análisis cluster de las precipitaciones revela dos tipos de eventos, unos más intensos y torrenciales ligados al verano, y otros más moderados propios del resto del año. Se calcula el caudal punta para ambos tipos de eventos, con la metodología NEH-4, y posteriormente se calculan los coeficientes de regresión según la ecuación del extended TR55, para ser capaces de calcular el caudal punta de una manera continua. Pese al énfasis que se le ha otorgado al cálculo local del tipo de distribución de lluvia y del caudal punta, no se ha logrado simular la carga de sedimentos de manera satisfactoria. Esto refleja una realidad: aunque se trate de una cuenca pequeña y homogénea en cuanto a suelos y a cultivos, muestra un comportamiento erosivo complejo, que añade importantes retos tanto para su correcta y completa medida en campo espacial y temporalmente, como para su simulación con éste y otros modelos. La erosión por cárcavas efímeras, el deslizamiento de ladera, y sobre todo la erosión de taludes y lecho tienen un gran peso en la cantidad total de sedimentos evacuados. El análisis de datos experimentales a lo largo de esta tesis, tanto de mapas como de texturas de sedimentos evacuados, da pistas sobre la relevancia de cada una de estas fuentes de sedimentos. Una mejor caracterización del aporte de estas fuentes de sedimentos mejoraría la simulación de la carga de sedimentos, creyendo que en esta cuenca ahí está la clave.

This study characterizes the hydrological and erosive behaviour of the agricultural experimental watershed of La Tejería, a 164 ha in the Yerri valley in Navarre. The nonpoint source hydrological model AnnAGNPS is evaluated. The model has been proved successful for the evaluation of direct runoff volume, and showed almost satisfactory levels of accuracy to calculate sediment loads. N and P load is just compared with nitrate and phosphate measured loads. Local definition of the model input parameters is of paramount importance. The report highlights the underlying problem of water erosion and nitrate pollution as a result of agricultural activity. Sensitivity analysis underlines the key role of the following parameters to characterize the watershed behaviour: soil depth, runoff curve number, rainfall distribution type, field capacity, root mass, and surface roughness. Additionally, there are other parameters that characterize ephemeral gully erosion such as the calibration factor, and parameters that characterize bed and bank erosion such as the erodible particle size. It is a complex model due to the many interrelated input parameters. That level of detail makes it particularly suitable for non-point source pollution simulation in agricultural environments. This work addresses the role of the seasonal rainfall distribution which affects the peak flow calculation on each node. This is especially relevant for sediment transportation processes, vital for realistically estimating the sediment load at the watershed outlet. A cluster analysis of the precipitation record shows how two types of events can be identified, a more intense and torrential one linked to summer, and a more moderate one for the rest of the year. Peak flow is calculated for both event types, with NEH-4 methodology. Subsequently regression coefficients are estimated according to the extended TR55 equation, in order to be able to determine peak flow in a continuous manner. Despite the emphasis that has been given to the local rainfall distribution type and peak flow determination, a satisfactory sediment load simulation has not been achieved. This reflects the complex erosive behaviour of the studied watershed. Even being small and homogeneous surface regarding soil and crop types, it still poses major challenges for the accurate and complete field data measurements, both spatially and temporally, and for its behavior simulation with either this or other simulation models. Ephemeral gully erosion, landslide phenomena and above all the bed and bank erosion, influences heavily on the total sediment load evacuated. The experimental data analysis throughout this thesis, both for mapping and sediment texture evacuation, shed light on the relevance of each of these sediment sources. We believe for this particular watershed, the key for a satisfactory sediment load simulation lies in a better characterization of the sources of these sediments.