Modelización espacialmente distribuida de la erosión y el transporte de sedimento en cuencas de montaña del Pirineo aragonés: retos para la calibración y validación
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Luis Carlos Alatorre Cejudo [1] ; Santiago Beguería Portugués [2] ; Noemí Lana-Renault Monreal [3] ; Ana Navas Izquierdo [2]
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[1] Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
México
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[2] Estación Experimental de Aula Dei
Estación Experimental de Aula Dei
Zaragoza, España
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[3] Universidad de La Rioja
Universidad de La Rioja
Logroño, España
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- Localización: Cuadernos de investigación geográfica: Geographical Research Letters, ISSN-e 1697-9540, ISSN 0211-6820, Vol. 39, Nº 2, 2013, págs. 287-314
- Idioma: español
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Resumen
- español
Una gran parte de los modelos de erosión aplicados a escala de cuenca se basan en una representación espacialmente agregada, es decir en la subdivisión del espacio en superficies a las que se supone un comportamiento homogéneo (subcuencas, unidades hidrológicas, etc.). Esta aproximación conlleva una deseable simplificación de los cálculos, pero presenta dificultades para abordar problemas relacionados con el transporte de sedimentos y la identificación de áreas fuente de sedimento, que deben tratarse mediante una representación espacial continua. Los modelos espacialmente distribuidos, en cambio, permiten una aproximación mas precisa a este problema, a costa de una mayor complejidad de calculo. El objetivo de este trabajo es la calibración y validación del modelo WATEM/SEDEM, un modelo empírico-conceptual espacialmente distribuido, para predecir erosión y la producción de sedimentos en dos cuencas del Pirineo aragonés: i) la cuenca del embalse de Barasona (1504 km2), drenada por los ríos Ésera e Isábena, donde la base de datos para el proceso de calibración fue el registro de 3 anos de sedimentos en suspensión (mayo 2005-mayo 2008) a la salida de la subcuenca del Río Isábena y para la validación se utilizó el registro histórico de sedimentación del embalse de Barasona; y, ii) la cuenca experimental de Arnás (2.84 km2), donde se contó para la calibración con datos espacialmente distribuidos de tasas de erosión y sedimentación derivadas de inventarios de Cs137, mas el registro de seis anos de sedimento en suspensión a la salida de la cuenca de Arnás para el proceso de validación. El proceso de calibración para el embalse de Barasona mostró el problema que se tiene al intentar calibrar los parámetros de capacidad de transporte con una sola variable (la exportación de sedimento a la salida de la cuenca), haciendo imposible encontrar un solo conjunto de parámetros que optimicen la función de error y obligando a adoptar una solución de compromiso. En la cuenca de Arnás el uso de datos espacialmente distribuidos de producción de sedimentos derivados de inventarios de Cs137 permitió calibrar los parámetros empíricos de capacidad de transporte de una forma satisfactoria, encontrando una sola combinación de valores que optimiza la función de error. Con los resultados obtenidos se demuestra que la calibración de los parámetros de capacidad de transporte es un aspecto fundamental de WATEM/SEDEM y de otros modelos similares. Para obtener una estimación fiable de la distribución espacial de los procesos de erosión y transporte de sedimento se requiere de una calibración y validación con datos espacialmente distribuidos de perdida o ganancia de suelo que permita a su vez realizar una calibración espacialmente distribuida de los parámetros relativos a la capacidad de transporte.
- English
Most erosion models applied at basin scale are based on spatially aggregated representation, for example, in a space subdivision of the surfaces to which behavior is assumed homogeneous (sub-basins, hydrological units, etc.).
This approach leads to a desirable simplification of the calculations, but presents difficulties in addressing problems related to sediment transport and identification of sediment source areas, which should be treated by a continuous spatial representation. Spatially distributed models, however, allow a more accurate approach to this problem, at the cost of an increased computational complexity.
The objective of this work is the calibration and validation of the model WATEM/SEDEM, an empirical-conceptual spatially distributed model, to predict erosion and sediment yield in two watersheds in the Central Spanish Pyrenees:
i) the watershed of the Barasona Reservoir (1504 km2), which is drained by the Ésera and Isábena Rivers, the model calibration and validation was based on the depositional history of the Barasona Reservoir and suspended sediment records over 3 years (May 2005-May 2008) at the outlet of the Isabena River; ii) the experimental Arnás catchment (2.84 km2), the model calibration was performed based on a dataset of soil redistribution rates derived from point 137Cs inventories, allowing capture differences per land use in the main model parameters. The validation process was carried with the registration of six years of suspended sediment at the outlet of the Arnás catchment. The calibration process for watershed of the Barasona Reservoir showed the problem you have when trying to calibrate the parameters of transport capacity with a single variable (the export of sediment to the basin outlet), making impossible to find a single set of parameters that optimize the error function, making it necessary to adopt a compromise solution. For the experimental Arnás catchment the model calibration processes using spatially distributed sediment yield derived from 137Cs inventories allowed calibrating the empirical parameters of transport capacity in a satisfactory way, finding a single combination of values that optimizes the error function. These results show that the calibration parameters of transport capacity are a fundamental aspect of the model WATEM/SEDEM and other similar models. To obtain a reliable estimate of the spatial distribution of erosion and sediment transport requires a calibration and validation by means of spatially distributed data of soil loss, which in turn allows a calibration of spatially distributed parameters concerning transport capacity.
- español
