Artículo sobre nuestro apero Saltusaqua

Acaba de publicarse (en el nº 42 de Cuadernos de la SECF) un artículo (nota técnica) sobre nuestro apero Saltusaqua. Incluye la descripción del apero patentado, que realiza microcuencas semicirculares, y una simulación de la cosecha de agua que proporciona mediante el programa Modipé.

Enlace al artículo 

El apero Saltusagua

Hoy hemos realizado una interesante prueba con el apero Saltusagua, diseñado y patentado por nuestro grupo de investigación. El apero realiza microcuencas semicirculares de forma mecanizada, que recogen el agua de lluvia y escorrentía para facilitar el arraigo, supervivencia y primer crecimiento de la planta.

Para esta prueba hemos contado con el apoyo del Servicio Territorial de Medio Ambiente de Valladolid, del Ayuntamiento de Castrodeza y de Tragsa entre otros.

A seguir aprendiendo y mejorando.

Apero para la realización mecanizada de microcuencas (Saltusaqua)

La plantación de árboles y arbustos en zonas áridas y semiáridas ha sido siempre un reto para el hombre. Para que tenga éxito, se requiere una preparación previa del terreno, que garantice la satisfacción de las necesidades hídricas de las plantas instaladas en sus primeros años de desarrollo, que suelen ser los más críticos. La preparación pretende mejorar las condiciones del suelo para favorecer la instalación de los pequeños árboles recién implantados.

Así, en muchos lugares se desarrollaron técnicas de recolección de agua, para aplicarlas a este propósito dentro del ámbito agrícola primero y de la repoblación forestal después. No obstante, estas técnicas, que consisten en la remoción de volúmenes de tierra más o menos elevados, se vienen realizando, salvo algunas excepciones, de forma manual, lo que resulta excesivamente gravoso.

El apero para la realización mecanizada de microcuencas de captación de escorrentía de utilidad en restauración forestal, plantaciones de árboles y cultivos leñosos, debido a que no existe ningún sistema mecanizado y económico para la realización de microcuencas de recolección de agua en forma semicircular. Se trata de un apero formado por tres planchas rectangulares -una principal y dos laterales- de acero o material adecuado, unidas formando la principal con cada una de las laterales un ángulo de 135º. La plancha principal y las laterales tienen acoplada una cuchilla en la parte inferior. Para dar estabilidad al conjunto, se une otra plancha denominada plancha de sujeción y refuerzo. El cuerpo del apero tiene adosado un sistema de enganche, que será diferente en el caso de que se quiera acoplar a un bulldozer o a un tractor agrícola.

El apero diseñado se puede utilizar para la plantación de árboles en general, siendo muy recomendable en repoblaciones forestales, cultivos agrícolas leñosos arbóreos o arbustivos como olivares, viñedos, algarrobales, almendrales, higuerales u otros frutales, y plantaciones ornamentales, en parques y jardines, o en restauraciones del paisaje.

Este apero (Saltusaqua) es el primer proyecto desarrollado por el Laboratorio de Hidrología de Conservación de Aguas del Grupo de Hidrología y Conservación. La patente está pendiente de aprobación, y los titulares ofrecen la posibilidad de la cesión de su uso a empresas interesadas.

Series de vegetación, de números de curva y de disponibilidades hídricas

Las series de vegetación que determinan la sucesión de los ecosistemas llevan asociadas series paralelas de números de curva, de umbrales de escorrentía y de disponibilidades hídricas. Las etapas de vegetación más avanzadas de la serie suelen ir asociadas a mejores condiciones hidrológicas y edafológicas, de tal manera que los números de curva van disminuyendo, los umbrales de escorrentía tienden a aumentar y, por consiguiente, las disponibilidades de agua en el ecosistema se ven favorecidas. En un trabajo que nos han publicado recientemente (Forest System 21(1)) se analizan estos postulados con estudios de campo y mediante el modelo hidrológico MODIPÉ. Para ello se ha elegido una serie de vegetación (en concreto, la serie Guadarrámico-Ibérica (supra-meso) silicícola de la encina), se han localizado lugares de vegetación correspondiente a las etapas de la serie (7 puntos de muestreo), y se han elaborado las series de los números de curva y de las disponibilidades hídricas, utilizando el mencionado modelo. Todo ello con el objetivo de aplicar estas consideraciones a la planificación hidrológica y la restauración forestal de terrenos de zonas áridas y semiáridas, donde las crecidas junto con la escasez de agua, controlan el desarrollo urbano, el funcionamiento de los ecosistemas así como su restauración.
Artículo completo

Vegetation series related with plants succession in the ecosystems are associated to hydrologic properties of the land such as runoff curve numbers, runoff thresholds and soil water availability. The most evolved vegetation stages in a successional series usually present better soil and hydrologic conditions. In this way curve numbers decrease meanwhile runoff thresholds increase, and therefore water availability grows in the ecosystem. These postulates are analyzed in a paper (Forest Systems 21(1)) using field data (7 sampling points) and a hydrologic model (MODIPÉ). One vegetation series (specifically: “Guadarrámico-Ibérica (supra-meso) oak siliceous series”) and its successional stages have been chosen to find out its associated curve numbers and ecosystem water availability using MODIPÉ model. The objective is to apply these items to hydrologic planning and forest restoration in drylands, where water floods and water scarcity control urban and ecosystem development and restoration measures.
Full text

Números de curva para la Caldera de Taburiente

El modelo del Número de Curva sirve para estimar la escorrentía superficial que genera un determinado aguacero. Su aplicación práctica consiste en localizar en una tabla el número de curva, que depende principalmente del uso del suelo o tipo de vegetación, de la condición hidrológica y del tipo de suelo. Con este número se calcula la escorrentía mediante la ecuación propuesta por el modelo. Las mencionadas tablas están elaboradas para los tipos de suelos y vegetación de los Estados Unidos.
En un trabajo publicado recientemente en el Boletín Geológico y Minero, se realiza una adaptación de las tablas del Número de Curva para las formaciones vegetales del Parque Nacional de la Caldera de Taburiente (isla de La Palma, España), mediante el análisis de los factores que condicionan el número de curva.

Para el establecimiento de las tablas del número de curva para La Caldera, se ha realizado una correspondencia hidrológica de tipos de vegetación. Para los pinares de pino canario se parte de una hipótesis de correspondencia hidrológica con las masas de Pinus ponderosa del oeste de los Estados Unidos, concretamente de los estados de Oregón y Washington, basada en consideraciones fitoclimáticas y morfológicas. Estos pinares están situados sobre los terrenos volcánicos de Cascade Range y poseen un clima con sequía estival. Es claramente apreciable su similitud estructural e hidrológica con los pinares de La Palma, incluso las formas de erosión y el aspecto paisajístico es similar. Las tablas de estos pinares están definidas sólo para suelos tipo B y C, por lo que posteriormente se han deducido los números de curva para los suelos A y D, mediante relaciones de proporcionalidad.
Por otro lado, los matorrales de la Caldera se han hecho equivalentes hidrológicamente a los matorrales con herbáceas de las tablas generales del número de curva. Los terrenos sin vegetación (pedregales y roquedos) se han considerado rocas permeables o impermeables.
Las tablas se muestran a continuación.
El artículo completo puede verse pinchando aquí.

Tabla del número de curva en condición II de humedad y P0 = 0,2 · S, con pendiente ≤ 5 %, para las formaciones vegetales de La Caldera de Taburiente

Tabla del número de curva en condición II de humedad y P0 = 0,2 · S, para los terrenos sin vegetación (pedregales, roquedos) de La Caldera de Taburiente

Referencia:
Mongil, J., 2010. Adaptación de las tablas del Número de Curva para las formaciones vegetales del Parque Nacional de la Caldera de Taburiente (isla de La Palma, España). Boletín Geológico y Minero, 121 (2): 179-188.

¿Está calibrado el modelo Modipé?

Como hemos desarrollado en anteriores intervenciones y artículos, todas las actuaciones que se hagan para detener la escorrentía superficial y fomentar la infiltración oasifica una ladera, es decir, invierte el peligroso proceso de desertificación. Una manera relativamente sencilla de disminuir la escorrentía es crear trampas de agua en la ladera, porque tienen un efecto inmediato y beneficioso, aunque artificial y temporal. El ingeniero forestal necesita una herramienta para poder dimensionar estas trampas de agua y su distribución en la ladera, y para ello basta con plantear un sencillo balance hídrico que constituye la ecuación de continuidad o ecuación de conservación de masas. Esta ecuación es cierta en sí misma y por lo tanto no requiere calibración ni validación.
A nivel práctico es conveniente particularizar el balance hídrico a diferentes modelos de escorrentía e infiltración y, por lo tanto, habrá tantas ecuaciones particularizadas como modelos existan. Sin embargo, son los modelos más sencillos y de uso más generalizado los que tienen mayor interés. Así Modipé utilizado el modelo del Número de Curva. Con esta elección se pierde precisión pero se gana sencillez (tablas generales de fácil manejo para el ingeniero). Entonces, con Modipé somos capaces de entender el proceso de desertificación que está ocurriendo en la ladera degradada, y siempre que elijamos bien los números de curva estaremos tomando medidas de intervención en la ladera cuantitativamente correctas.
Pero entonces... ¿es necesario calibrar el modelo Modipé? Según la precisión que queramos. La ventaja del modelo del Número de Curva es que tiene unas tablas de validez general (universal) para un gran número de tipos de vegetación, suelos, manejos agrícolas, etc. Si se dan por válidas estas tablas se obtiene una precisión suficiente (centimétrica) para la preparación del suelo (trampas de agua) a realizar. Si necesitamos mayor precisión, habrá que calibrar el modelo o bien cambiar de particularización, utilizando otros modelos hidrológicos biparamétricos o triparamétricos (el Número de Curva en su formulación inicial biparamétrica, Horton, Green-Ampt, Kostiakov...). Pero generalmente, como primera aproximación al problema y como solución práctica a nivel ingenieril, Modipé es suficiente.
De todos modos, si interesa, Modipé puede ser calibrado mediante ensayos de infiltración con infiltrómetros o simuladores de lluvia, obteniendo los números de curva más precisos para una ladera concreta. Pero esto es poco práctico y requiere mucho tiempo.
Si se utiliza un modelo que requiere obligatoriamente calibración, no podremos dar un diagnóstico rápido. Sin embargo, Modipé está precalibrado gracias a las tablas universales del Número de Curva.
En resumen, Modipé es una herramienta útil para el ingeniero más que para el investigador puro. Se decanta por la aplicación práctica y rápida más que por la excesiva precisión.

12 preguntas sobre Modipé

Con un objetivo simplemente didáctico, a continuación escribo 12 preguntas básicas sobre Modipé, que cualquier persona interesada en el modelo debiera saber responder. Las respuestas pueden encontrarse en el manual de Modipé, disponible en www.oasificacion.com.
Las preguntas son:
1) ¿Cuál es el balance hídrico que utiliza Modipé?
2) ¿En qué consiste la sistematización primaria de una ladera? ¿Y la sistematización secundaria?
3) ¿Qué es una unidad sistematizada?
4) ¿De qué partes consta una unidad sistematizada?
5) ¿Cuáles son las precipitaciones características?
6) ¿Cómo se clasifican los aguaceros según su efecto hhidrológico?
7) ¿Cuáles son las ecuaciones generales de Modipé?
8) ¿Cuáles son las particularizaciones existentes de las ecuaciones generales?
9) ¿Para qué se utiliza el Método del Número de Curva en Modipé?
10) ¿Cuáles son los datos de entrada de Modipé?
11) ¿Cuáles son los principales resultados que da Modipé?
12) ¿Cuáles son las etapas de funcionamiento de un microembalse?

Ejemplo Modipé (Venta de Baños)

Especialmente dedicado a los alumnos del curso de restauración de minas de Valencia, pero también para todos los usuarios de Modipé, pongo este ejemplo de aplicación de programa:

Se considera una ladera degradada cuyo número de curva en condición 2 de humedad vale 89 (herbazal pobre en suelo tipo D).
La sistematización consiste en microcuencas formadas por un área de impluvio de 9 m2 y por un área de recepción de 1 m2, con una capacidad de embalse de 200 l (altura de muretes de 200 mm).
La preparación del terreno es puntual y afecta única al área de recepción, de manera que el número de curva del área de impluvio en coincide con el del terreno actual, en condición 2.
En función del suelo, de la labor y del tempero existente al realizar la misma, y de las enmiendas que se hagan, el número de curva del área de recepción puede aumentar o disminuir respecto al de la ladera actual. En este caso consideramos que el número de curva después de la sistematización es 86 (correspondiente al mismo herbazal pero con un cambio a suelo tipo C, mejorado gracias a la labor de mullido y profundización).
La ladera se encuentra cerca de Venta de Baños (Palencia). Se van a considerar tres episodios de lluvia diferentes de esta estación:
1) Aguacero aislado de 50 mm en condición 1 de humedad
2) Serie de tres aguaceros consecutivos: uno de 13 mm en condición 1 de humedad, otro de 30 mm en condición 2 y el último de 50 mm en condición 3.
3) Año 1979 (el de pluviometría media en la serie 1960-1990):

Datos de entrada:

RESULTADOS:

a) Respecto al ecosistema

Ecosistema degradado, con elevados números de curva. Umbrales de escorrentía: en condiciones medias 6,3 mm
Se genera mucha escorrentía y eso favorece erosión y desertificación
Con la sistematización el umbral se eleva a 43,8 mm (condición II), con lo que el sistema va a aprovechar mejor el agua, posibilidades mayores de restaurar la vegetación

b) Aguacero aislado de 50 mm
Ladera actual: ANTES = 38,8 mm frente a los 50 mm
Con la sistematización se retiene toda la escorrentía generada, con un microembalse de 107,3 l
Como se hace un microembalse de 200 l, las disponibilidades DESP = 150,7 mm (mayor que la lluvia)

c) Serie de aguaceros
2 aguaceros generan escorrentía en el área de impluvio y 1 genera escorrentía fuera de la unidad
La capacidad del microembalse debería ser 363,4 l (y no los 200 l)
En el área de recepción: DESP = 351,6 mm (muy superiores a los 93 mm caídos)

d) Datos anuales
Se crea un microclima más “lluvioso” que el de la situación actual
En el área de recepción, DESP supera lo llovido en los meses de enero, febrero, marzo, junio, octubre y diciembre. Cambio fundamental para conseguir la restauración