Dinàmica hidro-sedimentària i morfològica en conques integrades sud-pirinenques

Abstract

L’objectiu d’aquesta tesi doctoral és analitzar la dinàmica hidro-sedimentaria a curt i llarg termini en dues conques de drenatge Mediterrànies sud-pirinaiques, una amb una dinàmica natural i l’altra alterada per embassaments. En el primer cas, l’anàlisi es centra en identificar les principals àrees font de sediments, i determinar els principals cicles de transferència i els mecanismes i processos de mobilització i exportació de la carga sedimentària al llarg de la conca, fent èmfasis en la variabilitat espacial, i inter i intra-anual. La conca d’estudi és la conca de la Ribera Salada (224 km2). La Ribera salada és una conca Mediterrània representativa de les àrees de mitja muntanya del Pirineu (i.e. capçaleres humides en transició cap a les terres baixes més seques). La metodologia integra el mostreig i mesura de la precipitació, de l’escolament i del transport de sediments en suspensió amb un disseny de conques integrades, i l’aplicació de tècniques de teledetecció per a l’estudi de la intensitat i de la distribució espacial i temporal de la precipitació. En conjunt, les dades obtingudes presenten una elevada resolució espacial i temporal durant un període de 5 anys. Els resultats mostren una eficiència baixa en la transferència de sediments en suspensió en comparació als valors observats per a la regió mediterrània, així com un paper moderat de les crescudes en el transport de sediments. La conca consta de dues zones ben diferenciades amb règims hidrològics i sedimentaris contrastats: i) la part alta de la conca és la principal subministradora d’aigua (controlada pel cabal base), mentre que ii) la part baixa de la conca subministra la major part de la càrrega de sediments en suspensió, on la disponibilitat de sediments i la connectivitat entre les fonts de sediment i la xarxa fluvial és superior i condiciona la càrrega sedimentària. L’activitat sedimentaria depèn de la freqüència, la magnitud i la quantitat d’escolament directe de les riuades, així com dels cicles anuals de producció-transferència-sedimentació-esgotament dels sediments. Aquests factors condicionen la variabilitat intra-anual del transport de sediments en suspensió. S’han observat un total de tres períodes ben diferenciats. i) El primer període, durant l’hivern, presenta una baixa activitat sedimentària per l’escassa disponibilitat de sediments. ii) El segon període, a la primavera, el sediment disponible i la connectivitat amb les àrees font és alta (i.e. llera, marges i talussos ben connectats), fet que genera una elevada activitat sedimentària. iii) El tercer període, a l’estiu-principis de tardor, la disponibilitat de sediment és alta i la connectivitat amb les àrees font moderada (i.e. camps de conreu), el que propicia una activitat sedimentaria moderada. En el segon cas, l’estudi es centra en analitzar l'evolució fluvial de la llera del riu durant el període 1956-2008 i la resposta als impactes morfo-sedimentaris degut a la ruptura de la continuïtat de la transferència d’aigua i sediments. L’àrea d’estudi correspon al tram mig del riu Segre (3320 km2) aigües avall de l’embassament de Rialb (on desemboca la Ribera Salada). Es tracta d’un tram de 40 km de longitud amb diferents impactes antròpics (i.e. embassaments, extraccions d’àrids, esculleres i motes), on la carga sedimentària actual, donats aquests impactes, està condicionada, majoritàriament, per les aportacions dels afluents locals com la Ribera Salada. El treball presenta d'una manera seqüencial i integrada diferents mètodes de diagnòstic hidrològic i sedimentari que sovint es troben fragmentats o dispersos. Els resultats evidencien com els embassaments han afectat a la magnitud i freqüència de les avingudes. La retenció de sediments en els embassaments i les nombroses extraccions de sediments han generat un notable desequilibri sedimentari a la llera. La mobilitat de la llera s'ha reduït de manera molt important i la intrusió de la vegetació de ribera fa que la llera d'aigües baixes tendeixi a ocupar pràcticament la totalitat de la llera activa mostrant una alta estabilitat i afavorint la concentració del flux, que a la vegada condiciona processos localitzats d’erosió. Les principals unitats morfo-sedimentàries (barres laterals i centrals) han desaparegut. La integració dels resultats dels dos estudis és rellevant ja que permet avançar en una anàlisi més acurada de sistemes fluvials, i possibilita, encara que només sigui quantitativament i teòricament, establir una relació de continuïtat entre el balanç de sediments dels afluents no regulats (p.ex. la Ribera Salada) amb el curs principal de la conca (el Mig Segre).

El objetivo de esta tesi doctoral es analizar la dinámica hidro-sedimentaría a corto y largo plazo en dos cuencas de drenaje Mediterráneas sur-pirenaicas, una con una dinámica natural y la otra alterada por embalses. En el primer caso, el análisis se centra en identificar las principales áreas fuente de sedimentos, y determinar los principales ciclos de transferencia y los mecanismos y procesos de movilización y exportación de la carga sedimentaria a lo largo de la cuenca, haciendo énfasis en la variabilidad espacial, e inter e intra-anual. La cuenca de estudio es la cuenca de la Ribera Salada (224 km2). La Ribera salada es una cuenca Mediterránea representativa de las áreas de media montaña del Pirineo (i.e. cabeceras húmedas en transición hacia las tierras bajas más secas). La metodología integra el muestreo y medida de la precipitación, de la escorrentía y del transporte de sedimentos en suspensión con un diseño de cuencas integradas, y la aplicación de técnicas de teledetección para el estudio de la intensidad i de la distribución espacial y temporal de la precipitación. En conjunto, los datos obtenidos presentan una elevada resolución espacial y temporal durante un periodo de 5 años. Los resultados muestran una eficiencia baja en la transferencia de sedimentos en suspensión en comparación con los valores observados para la región mediterránea, así como un papel moderado de las crecidas en el transporte de sedimentos. La cuenca consta de dos zonas muy diferenciadas con regímenes hidrológicos y sedimentarios contrastados: i) la parte alta de la cuenca es la principal suministradora de agua (controlada por el caudal base), mientras que ii) la parte baja de la cuenca suministra la mayor parte de la carga de sedimentos en suspensión, donde la disponibilidad de sedimento y la conectividad entre las fuentes de sedimento y la red fluvial es superior i condiciona la carga sedimentaria. La actividad sedimentaría depende de la frecuencia, la magnitud y la cantidad de escorrentía directa de las riadas, así como de los ciclos anuales de producción-transferencia-sedimentación-agotamiento de los sedimentos. Estos factores condicionan la variabilidad intra-anual del transporte de sedimentos en suspensión. Se han observado un total de tres periodos muy diferenciados. i) El primer periodo, durante el invierno, presenta una baja actividad sedimentaria por la escasa disponibilidad de sedimentos. ii) El segundo periodo, en primavera, el sedimento disponible y la conectividad con las áreas fuente es alta (i.e. cauce, orillas y vertientes muy conectadas), hecho que genera una elevada actividad sedimentaria. iii) El tercer periodo, en verano-principios de otoño, la disponibilidad de sedimento es alta y la conectividad con las áreas fuente moderada (y.e. campos de cultivo), el que propicia una actividad sedimentaría moderada. En el segundo caso, el estudio se centra en analizar la evolución fluvial del cauce del río durante el periodo 1956-2008 y la respuesta a los impactos morfo-sedimentarios debido a la ruptura de la continuidad de la transferencia de agua y sedimentos. El área de estudio corresponde al tramo medio del río Segre (3320 km2) aguas abajo del embalse de Rialb (donde desemboca la Ribera Salada). Se trata de un tramo de 40 km de longitud con diferentes impactos antrópicos (i.e. embalses, extracciones de áridos, escolleras y motas), donde la carga sedimentaria actual, dados estos impactos, está condicionada, mayoritariamente, por las aportaciones de los afluentes locales como la Ribera Salada. El trabajo presenta de una manera secuencial e integrada diferentes métodos de diagnóstico hidrológico y sedimentario que a menudo se encuentran fragmentados o dispersos. Los resultados evidencian como los embalses han afectado a la magnitud y frecuencia de las avenidas. La retención de sedimentos en los embalses y las numerosas extracciones de sedimentos han generado un notable desequilibrio sedimentario al cauce. La movilidad del cauce se ha reducido de manera muy importante y la intrusión de la vegetación de ribera hace que el cauce de aguas bajas tienda a ocupar prácticamente la totalidad del cauce activo mostrando una alta estabilidad y favoreciendo la concentración del flujo, que a su vez condiciona procesos localizados de erosión. Las principales unidades morfo-sedimentarias (barras laterales y centrales) han desaparecido. La integración de los resultados de los dos estudios es relevante puesto que permite avanzar en un análisis más preciso de sistemas fluviales, y posibilita, aunque solo sea cuantitativamente y teóricamente, establecer una relación de continuidad entre el balance de sedimentos de los afluentes no regulados (p.ej. la Ribera Salada) con el curso principal de la cuenca (el Mig Segre).

The objective of this doctoral thesis is to analyse the hydro-sedimentary dynamics in both short and long terms in two Mediterranean South-Pyrenean catchments, one with natural dynamics and the other one altered by reservoirs. In the first case, the analysis focuses on identifying the main source areas of sediment and on determining the main cycles of transport inferring on the mechanisms and processes of mobilization and export of sediment along the catchment, with a special emphasis on space and inter- and intra-annual variability. The study catchment is the Ribera Salada (224 km2). The Ribera Salada is a Mediterranean catchment representative of Pyrenean medium-height mountains (i.e. rainy headwaters transitioning to dryer lowlands). The methodology integrates sampling and measuring of rainfall, runoff and suspended sediment transport with a design of nested catchments; and the application of remote sensing techniques to study the intensity and the spatial and temporal distribution of rainfall. The data collected have a high spatial and temporal resolution over a period of 5 years. The obtained data show a low efficiency in suspended sediment transfer in comparison to observed values in the Mediterranean region, as well as a moderate role of floods in sediment transport. The catchment has two clearly distinct areas with contrasted hydrological and sedimentary regimes: i) the upper parts of the catchment (highlands) are the main supplier of water (controlled by base flow) whereas ii) the lower parts of the catchment (lowland) supply the majority of the suspended sediment load, where sediment availability and connectivity between sediment sources and the river network is superior and it controls the sediment yield. Sedimentary activity depends on the frequency, magnitude and volume of direct runoff from floods, as well as on the annual cycles of sediment production-transfer-sedimentation-depletion. These factors influence intra-annual variability of suspended sediment transport. Three very contrasted periods have been observed. i) The first period, in winter, shows a low sedimentary activity due to a low availability of sediments. ii) The second period, in spring, sediment availability and its connectivity with source areas is high (i.e. riverbed, banks and slopes well connected), a fact that generates a high sedimentary activity. iii) The third period, in summer-early autumn, sediment availability is high and connectivity with source areas is moderate (i.e. crop fields), which produces a moderate sedimentary activity. In the second case, the study focuses on analysing the fluvial evolution of a channel form during the period 1956-2008 and the morpho-sedimentary impacts caused by the disruption of the continuity of water and sediment transfer. The study area is the middle reach of the Segre River (3320 km2) downstream of the Rialb reservoir (into which the Ribera Salada flows). It is a 40 km reach with a variety of human impacts (i.e. reservoirs, gravel extraction, jetties, levees), where present-day sediment load, due to those impacts, is conditioned, mainly, by the contribution of local tributaries. The study shows in a sequential and integrated manner different methods of hydrological and sedimentary diagnosis that are usually found depicted and dispersed. The results prove that reservoirs have affected the magnitude and frequency of floods. Sediment retention in reservoirs and the abundant sediment extraction have created a notable sedimentary imbalance in the riverbed. Bed mobility has been reduced dramatically and the intrusion of riparian vegetation causes that the low-water channel to tend to occupy virtually the entire active channel, showing a high stability and favouring the concentration of the flow that in turn control localised erosional processes. The main morpho-sedimentary units (lateral and central bars) have disappeared.