Control de cárcavas en zonas agrícolas

Control de cárcavas en zonas agrícolas Una síntesis del estado de la cuestión y ejemplos de actuación en España

José. A. Gómez, Javier Casalí, Jorge Delgado, Daniel Espada Melgar, Pablo García Carrillo, Raquel Gastesi Barasoain, Mikel Goñi, Ángel Lora González, José Mora Jordano y J. Javier López Instituto de Agricultura Sostenible (IAS – CSIC), Instituto de Innovación y Sostenibilidad en la Cadena Agroalimentaria (IS-FOOD), Universidad de Jaén, CANTUESO Natural Seeds.

Prefhorvisa, TRACASA, Universidad Pública de Navarra (UPNA), Universidad de Córdoba e IMGEMA

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2021

Control de cárcavas en zonas agrícolas Una síntesis del estado de la cuestión y ejemplos de actuación en España

José A. Gómez 1*, Javier Casalí 2, Jorge Delgado 3, Daniel Espada Melgar 4, Pablo García Carrillo 5 , Raquel Gastesi Barasoain 6, Mikel Goñi 7, Ángel Lora González 8, José Mora Jordano 8, 9, J. Javier López 7 * joseagomez@ias.csic.es 1

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Instituto de Agricultura Sostenible, IAS. Consejo Superior de Investigaciones Científicas, CSIC Instituto de Innovación y Sostenibilidad en la Cadena Agroalimentaria (IS-FOOD), Universidad Pública de Navarra (UPNA) 3 Departamento Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría. Universidad de Jaén 4 CANTUESO Natural Seeds 5 Prefhorvisa 6 TRACASA 7 Departamento de Ingeniería. Universidad Pública de Navarra (UPNA) 8 Dpto. de Ingeniería Forestal. ETSIAM. Universidad de Córdoba 9 IMGEMA – Real Jardín Botánico de Córdoba

Índice 1. Introducción .............................................................................................................................. 1 2. Procesos de formación de cárcavas .......................................................................................... 3 3. Principios básicos de control de cárcavas ................................................................................. 8 4. Información geográfica para la monitorización de procesos erosivos (cárcavas) .................. 11 5. Determinación de caudal de diseño e identificación de zonas de mayor riesgo de formación ..................................................................................................................................................... 17 6. Uso de la vegetación para el control de cárcavas ................................................................... 21 7. Canal vegetado ........................................................................................................................ 24 8. Esquema de actuación. Rango de costes ................................................................................ 26 Anexo. Ejemplos de actuaciones ................................................................................................. 31 A1. Canal vegetado en Fontanar ............................................................................................. 31 A2. Cárcavas en Patronato ...................................................................................................... 33 A3. Control de cárcavas en Morente ...................................................................................... 35

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons ReconocimientoNoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)

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1. Introducción Las cárcavas son incisiones formadas en el terreno por cursos de agua, normalmente efímeros, que tienen un impacto ambiental y operativo severo en nuestras explotaciones, Figura 1. No existe una definición única de cárcavas, pero de manera operativa se suele considerar cárcava toda incisión de una profundidad superior a 60 cm y de anchura superior a 40 cm de profundidad. Se usan esas dimensiones porque con ese tamaño ya impiden el paso de maquinaria y no son fáciles de tapar con un simple pase de algún apero de labor, como ocurre con los regueros (Figura 1 C). Esta definición apunta ya a uno de los mayores impactos de las cárcavas en una explotación agrícola, que es la limitación del paso y el fraccionamiento de la finca. Esto a su vez se traduce en mayores costes de explotación, ya que aumenta el tiempo dedicado a desplazamiento, y a un mayor riesgo de accidentes por caídas de personas o maquinaria. Otro daño ocasionado directamente por las cárcavas es la pérdida total de producción de la zona acarcavada. Todo esto constituyen lo que se denominan daños “in-situ”, eso es los que ocurren dentro de la zona donde ocurre la erosión por cárcavas. Los daños no acaban ahí, ya que el suelo de la cárcava es transportado aguas abajo ocasionando la colmatación de estructuras hidráulicas aguas abajo (desde embalses a cauces de ríos) y reduciendo la calidad de las aguas y afectando a la vida acuática. Todos estos daños son los que se denominan daños “ex-situ”. Esa combinación de daños relevantes a la finca y a zonas fuera de ella hace que el control de la erosión por cárcavas sea un problema de interés para los agricultores, pero también para las administraciones públicas encargadas de la gestión de la agricultura, el territorio y el medio ambiente.

Este trabajo pretende resumir en una extensión moderada los conceptos fundamentales de control y restauración de cárcavas en zonas agrícolas, presentando una visión lo más actualizada posible. Se trata de un trabajo colectivo en el que especialistas en diferentes temas han tratado de sintetizar las ideas más importantes que pudieran ser de utilidad a un propietario o técnico de una explotación agrícola. También, se ha planteado como una puerta de acceso a publicaciones más extensas y detalladas sobre los diferentes aspectos relacionados con el control de cárcavas, utilizándose como referencias publicaciones libremente accesibles y fáciles de encontrar. Al hablar de cárcavas en zonas agrícolas este trabajo está orientado sobre todos hacia cárcavas de una profundidad no excesiva, de unos 2 m o menos aproximadamente (Gómez et al., 2019). Usamos ese límite para delimitar las cárcavas en las que el proceso erosivo está controlado fundamentalmente por la erosión hídrica, como por ejemplo la de la Figura 2 A, frente a otras cárcavas de mayor tamaño en las que su crecimiento y posible control están condicionados por la combinación de erosión hídrica e inestabilidad geotécnica de taludes muy inestables, como por ejemplo la de la Figura 2 B. En esta segunda situación las acciones de control son mucho más caras y complicadas, y tienen una mayor probabilidad de fracaso. Esto es un recordatorio de la conveniencia de prevenir la formación de cárcavas, o corregirlas cuando aún están en un estado incipiente.

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Figura 1. Ejemplos de cárcavas de diferente tamaño (A y B) y de reguero (C)

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Figura 2. Cárcava de profundidad moderada, para las que está pensada esta publicación (A), y cárcava de gran tamaño con inestabilidad de taludes de gran tamaño (B)

2. Procesos de formación de cárcavas La erosión por cárcavas integra un elevado número de procesos, que a su vez dependen de diversos factores, lo que hace de este tipo de erosión un fenómeno muy complejo. Se entiende mejor a partir de una descripción de una secuencia típica de formación y crecimiento de cárcavas, resumido en la Figura 3. Primeramente, se forman una o varias pequeñas depresiones en zonas especialmente vulnerables de la ladera o vaguada, como resultado de un debilitamiento localizado de la cobertura vegetal (si es que esta existe), debido por ejemplo a pastoreo o fuego. El agua se concentra en estas depresiones y las aumenta de tamaño, formándose una cabecera con escarpes casi verticales. La erosión en estas cabeceras origina una profundización del cauce y un socavamiento del muro de la cabecera, llegando a derrumbarse, lo que favorece el avance de la cabecera pendiente arriba. También se producen sedimentos

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más abajo en la cárcava por la erosión de las paredes y del lecho, tanto por la acción de la escorrentía como por el hundimiento de las paredes debido a su saturación por el flujo y a otros procesos asociados, lo que origina que la cárcava se ensanche y se haga más profunda. La migración aguas arriba de la cabecera (o cabeceras, pues puede haber varias evolucionando simultáneamente en una misma cárcava), causa la elongación de la misma. En las zonas donde la corriente ya no es capaz de transportar las partículas y agregados de suelo arrancados, se da el fenómeno de la sedimentación, por el que éstos de depositan en el lecho del cauce. Arranque, transporte y sedimentación pueden ocurrir simultáneamente en diferentes puntos de una misma cárcava, lo que da idea de la complejidad antes mencionada. Por su parte, la migración de la cabecera continúa hasta que la corriente no es capaz de continuar excavándola, ya sea esto debido a la disminución del área de la cuenca vertiente (y, en consecuencia, del caudal), a la disminución o cese de la precipitación, o a combinaciones de estas situaciones.

Figura 3. Etapas de desarrollo de una cárcava en la superficie de una ladera (elaboración propia adaptada de Leopold et al. 1964)

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La formación y desarrollo de cárcavas dependen de una serie de factores que se comentan a continuación. Destacan, por un lado, las características de la corriente erosiva, fundamentalmente el esfuerzo cortante, es decir: la fuerza de fricción por unidad de superficie que la corriente ejerce sobre el cauce, que a su vez depende del caudal, de la pendiente del canal, de su forma y tamaño, y de su rugosidad, frecuentemente determinada por la vegetación.

Cuanto mayor sea el caudal y mayor sea la pendiente, mayor será esa fuerza de fricción. A su vez, el caudal dependerá del tamaño y forma de la cuenca vertiente a la cárcava, de la intensidad y duración de la precipitación y del uso y manejo del suelo. Evidentemente, cuanto mayor sea ese esfuerzo cortante, mayor será la posibilidad de que ocurra erosión y de que ésta sea intensa.

Por otro lado, resultan determinantes las propiedades del material sobre el que se excava la cárcava: suelo en el caso de lo que más adelante definiremos como cárcavas efímeras; o material parental (roca debajo del suelo cuya meteorización origina nuevo suelo), o ambas cosas, en el caso de lo que llamaremos cárcavas permanentes. Los distintos materiales muestran diferentes susceptibilidades a sufrir erosión por una corriente de agua, susceptibilidad a la que denominamos erosionabilidad. En el caso del suelo, la erosionabilidad depende de propiedades como la textura, estabilidad estructural de sus agregados, contenido en materia orgánica, mineralogía de arcillas y constituyentes químicos. Varias de estas propiedades pueden verse alteradas al paso del tiempo y por el uso y manejo del suelo, de modo que la erosionabilidad de un suelo puede cambiar con el tiempo. Debemos destacar el papel que la cubierta vegetal ejerce, aumentando la rugosidad hidráulica que debe afrontar la escorrentía y elevando el calado de la misma, disminuyendo así su velocidad y su capacidad para erosionar. Hay fenómenos, como el denominado sifonamiento (o también erosión en túnel, Figura 4), que facilitan la aparición o engrandecimiento de las cárcavas. Este tipo de erosión se define como la erosión causada por agua de percolación en una capa interior del suelo, originando una excavación y la formación de conductos, túneles o tubos, de magnitudes muy variables, a través de los que se pierde el suelo.

Para la aparición de erosión en túnel es necesario un elevado gradiente hidráulico en suelos que posean alta capacidad de infiltración a través de los macroporos, aunque de baja permeabilidad intrínseca, de manera que el agua no se mueve fácilmente en el interior de la matriz del suelo.

De este modo, el agua se ve forzada a circular por los orificios y macroporos, que a veces pueden ser pequeños agujeros bióticos, como los que quedan tras la muerte de raíces o los realizados por pequeños animales. Este proceso se puede acelerar en suelos con materiales altamente solubles en agua, como yesos. Los tubos que se originan pueden alcanzar varios metros de longitud y profundidad. Con frecuencia, se da un momento en el que el tubo no es estable, y la parte superior se derrumba, formándose cárcavas.

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Figura 4. Cárcavas mostrando ejemplos de túneles de erosión en Navarra

Existen diferentes tipos de cárcavas (véase para una discusión amplia Casalí et al. 2009). En su concepto clásico, una cárcava (gully en inglés) es un tipo de erosión causado por la acción de un flujo concentrado e intermitente de agua que ocurre durante e inmediatamente después de fuertes lluvias, y que da origen a canales suficientemente profundos como para interferir en las operaciones normales de laboreo agrícola y como para impedir su eliminación mediante dichas operaciones rutinarias, por lo que son elementos permanentes en el paisaje. Aunque caben multitud de variaciones y combinaciones, puede decirse que los elementos típicos de una cárcava son los siguientes: una cabecera o escarpe superior, situada en el extremo aguas arriba de la cárcava; un canal de tránsito; y finalmente desembocadura, que puede ser a otro cauce, o en forma de cono de deyección. Comparadas con cauces de ríos estables, que son relativamente llanos y cóncavos a lo largo de todo su perfil longitudinal, las cárcavas están caracterizadas por tener una cabecera (headcut) en su extremo aguas arriba y diferentes discontinuidades, escalones, a lo largo de su curso. Estos rápidos cambios de pendiente alternan con tramos de gradiente muy suave, ya sean rectos o ligeramente convexos, a lo largo de su perfil longitudinal.

Las cárcavas también tienen relativamente mayor profundidad y menor anchura que los cauces estables, transportan relativamente mayor cantidad de sedimentos y presentan un comportamiento muy errático, por lo que las relaciones entre la descarga de sedimentos y la escorrentía son muy variables. Las cárcavas están, casi siempre, asociadas a una erosión acelerada y, por tanto, a paisajes inestables. Una de las características más peculiares de las cárcavas permanentes son los frecuentes derrumbamientos de sus taludes, en forma de bloques o fragmentos de diversa naturaleza, que se acumulan en el lecho de la cárcava y pueden aportar grandes cantidades de materiales a la corriente. Por otro lado, hablamos de cárcavas efímeras (ephemeral gullies) cuando nos referimos a canales de erosión formados por concentración del

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flujo superficial con las siguientes características: son exclusivos de parcelas de cultivo; se eliminan periódicamente por el laboreo agrícola convencional, por lo que adquieren una vida y presencia efímera en el campo, de ahí su nombre; mientras que los surcos ocurren en laderas y se localizan en ellas de forma aleatoria, y además variable de un episodio a otro, las cárcavas efímeras se forman en la vaguada que configura la confluencia de dos laderas opuestas, tendiendo a aparecer repetidamente en las mismas posiciones año tras año; por ellos discurre agua sólo durante los acontecimientos de lluvia; están generalmente limitadas a no más de 25 ó 30 cm de profundidad por una suela de labor en el horizonte inferior del suelo; en muchas ocasiones son anchas y superficiales. La severidad del problema, que es muy relevante en términos de pérdida de suelo, se ve a menudo enmascarada por los rellenos rutinarios mediante laboreo o tránsito de maquinaria. En el mundo académico existen diferentes maneras de diferenciar un reguero formado por la erosión de una cárcava efímera: En nuestra opinión la más operativa de caras a su prevención es la de considerar regueros los pequeños canales formados dentro de las laderas, y cárcavas efímeras las formadas entre laderas, y sus derivaciones, Figura 5.

Figura 5. Ejemplos de cárcava efímera, A, y reguero B

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3. Principios básicos de control de cárcavas Cuando actuamos en una cárcava que se ha formado ya, el objetivo es transformar ese cauce efímero inestable, y que por lo tanto sigue aumentado de tamaño, en un cauce efímero pero estable de manera que se estabilice y si es posible con el tiempo reduzca su tamaño hasta las dimensiones mínimas necesarias para conducir la escorrentía en las tormentas que preveamos sin desbordarse o volver a crecer. Lo que en realidad hacemos en ese proceso es transformar las características del cauce para que funcione como una estructura de disipación de energía que disipe la energía cinética y potencial del agua, normalmente en ruido y calor, de manera que no tenga suficiente energía para erosionar el cauce de la cárcava restaurada, Figura 6. Esto se consigue normalmente con una combinación de diques de retención en el cauce, la revegetación de perímetro, cabecera y taludes, y en ocasiones el uso de escollera o alguna otra protección en la cabecera de la cárcava o zona muy empinada en la que sea necesario para darle estabilidad, véase los criterios principios indicados en la Tabla 1.

Tabla 1. Principios básicos y recomendaciones para control de cárcavas # 1 2

3 # 1

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Principios Trate de mejorar la infiltración en la cuenca, por ejemplo, usando cubiertas vegetales, para reducir escorrentía en las vaguadas y cárcavas Desvíe, si es necesario y lo puede hacer de manera totalmente segura, toda o parte de la escorrentía que entra en la cárcava. Ojo, si no está seguro de que la desvía a una zona que esté protegida de la erosión empeorará la situación creando una nueva cárcava.

Proteja la cárcava frente a una mayor incisión del fondo o ensanchamiento de las paredes usando una combinación de diques de retención, vegetación y protección de cabecera de la cárcava.

Recomendación Motivo Diques de retención no demasiado altos, si es posible Son más fáciles y seguros de construir. Además, el menores de 1.5 m. sistema es más resistente al fallo de un dique individual.

Espaciamiento adecuado entre diques, mire Figura 7.

Previene socavamiento del cauce entre diques y son más eficientes disipando la energía del agua.

Buen diseño estructural, vea Figura 8.

Además de que sean constructivamente estables, todos los diques deben tener un aliviadero y un cuenco de amortiguación al pie de este aliviadero para prevenir el socavamiento del dique.

Complementar con revegetación.

Revegetar con especies herbáceas y leñosas el perímetro de la cárcava, y en la medida de lo posible, la parte superior de sus taludes para además de prevenir la erosión estabilizarlos frente a deslizamientos de la pared de la cárcava.

Figura 6. Esquema de una cárcava completamente restaurada. Tomado de Gómez et al. (2019)

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Para que el conjunto de diques funcione correctamente deben estar espaciados de manera apropiada. La distancia ideal es aquella en la que el nivel de agua de un dique cuando está a su altura máxima llega hasta el pie del dique situado aguas arriba, Figura 7. Con esto se consigue la máxima disipación de energía y que el resalto hidráulico que se forma al caer el agua (que podría socavar el cauce) se forme en una zona cercana al dique que podemos proteger convenientemente. Cuando los diques tienen esa disposición se dice que están a solape completo (c=100%). Para obtener ese solape podemos jugar con la altura de los diques, de manera que podemos optar por diques relativamente altos que nos lleve a construir menos de ellos que si usáramos diques altos, pero más numerosos. La decisión sobre cómo jugar con la altura de diques vendrá condicionada por las características de la cárcava y la tecnología que se use para construirlos. Por ejemplo, si la cárcava es muy ancha resulta intuitivo que optemos por diques bajos que serán mucho más estables, mientras que si la cárcava es estrecha y tenemos acceso a tecnologías como diques prefabricados de hormigón o piezas modulares optemos por diques relativamente más altos. En muchas ocasiones, para abaratar la obra, los diques se colocan al doble o al triple de la distancia ideal, entonces hablamos de un solape, c, del 50 o 30%, respetivamente. Al hacer eso estamos asumiendo implícitamente que es posible que en una tormenta importante se empiece a socavar la cárcava en algún punto entre los dos diques, un punto que no podemos predecir ya que a eso es a lo que renunciamos cuando no usamos el solape del 100%, pero que podremos reparar entre tormentas. Se trata pues de un riesgo calculado. Una duda muy común es donde comenzar y finalizar los diques. El criterio ideal es restaurar de una vez toda la cárcava, comenzando desde su cabecera hasta terminar en una zona en la que por su menor pendiente sea estable y ya no haya riesgo de formación de cárcava, como en el ejemplo de la Figura 6. Sin embargo, en muchas ocasiones no se puede restaurar toda la cárcava de una sola vez, normalmente por limitaciones de presupuesto o de tiempo. Si nos ocurriera esto debemos decidir si comenzar desde la cabecera o la parte final ya estable en función de la zona que más nos interese restaurar primero y de cual es más estable. En la actuación Conchuela 2 de la Figura 20 se decidió comenzar a restaurar desde cabecera porque esa era la zona que necesitábamos controlar antes y se instalaron diques hasta aproximadamente 2/3 de la cárcava. Debajo de esa zona se dejó sin restaurar hasta la siguiente ocasión. Haciendo eso estamos asumiendo implícitamente de que a cambio de dividir la inversión en varios años si cayera una tormenta grande el último, o últimos, diques podrían ser dañados y habría que repararlos.

Figura 7. Espaciamiento ideal entre diques (arriba), y diferentes tipos de solapamiento, c (abajo).

Tomada de Gómez et al. (2019)

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Los diques de retención se pueden construir de diferentes materiales y tecnologías, que comentaremos más abajo, pero todos ellos deben seguir los principios generales indicados en la Tabla 1. Dos elementos esenciales en cualquier dique de retención son el aliviadero y el cuenco de amortiguación, como se observa en la Figura 8. El aliviadero es una incisión en el centro del dique cuyo objetivo es asegurarse de que el agua caiga por la parte central del dique evitando que el agua rebose por los lados y socave sus estribos. El cuenco de amortiguación es una zona reforzada al pie del dique que previene que el agua al caer socave esa zona y acabe derrumbado el dique. La anchura de este cuenco de amortiguación debe ser mayor que la anchura del aliviadero (para que el agua no caiga fuera de él) y su longitud debe ser al menos 2 veces la altura de caída del agua medida desde la base del aliviadero (h en la Figura 8) para prevenir que agua caiga más allá de la zona protegida por el cuenco de amortiguación. Aunque su cálculo (que viene comentado en una sección posterior) escapa al contenido de esta sección, hay que recordar la importancia de conocer la escorrentía que circulará por la cárcava para poder dimensionar el aliviadero, ya que si lo hacemos demasiado pequeño desbordará el dique.

Para este dimensionamiento es necesario determinar cuál será la escorrentía que prevemos podría ocurrir en la tormenta con un periodo de retorno, T, determinado. Este es un concepto muy importante en el que profundizaremos en la sección 5 de esta monografía, pero que conviene ya avanzar aquí. La magnitud de un evento hidrológico, por ejemplo, la lluvia que cae en 24 horas, para un periodo de retorno de T años, es la magnitud que es previsible que ocurra al menos una vez en esos T años. A medida que aumentamos el periodo de retorno esa magnitud aumenta, ya que estamos hablando de eventos menos probables, pero de mayor magnitud. Por ejemplo, en el caso de Córdoba capital la lluvia caída en 24 horas para un periodo de retorno de 2 años es 38,7 mm. Eso quiere decir que en promedio cada dos años tendremos un día en el que en 24 horas caigan al menos 38,7 mm de lluvia. Sin embargo, esa cantidad para un T de 10 ó de 25 años es de 65,4 y de 81,4 mm respectivamente, o dicho de otra manera en un periodo 10 años es esperable que al menos en un día registremos una lluvia de al menos 65,4 mm y si ese periodo es de 25 años es esperable tener al menos un día de al menos 81,4 mm. En cualquier obra civil se usa mucho este concepto, con periodos de retorno elevados, con T de 100 o más años, para infraestructuras caras o cuyo fallo puede ocasionar daños graves, como por ejemplo autovías o presas. En el caso de diques de retención para cárcavas se recomienda usar la escorrentía esperable para la tormenta con un periodo de retorno de 25 años que es un periodo que equilibra el tener una estructura estable para la mayor parte de las tormentas esperables sin tener que diseñarla para una tormenta poco probable a un coste mucho mayor. De nuevo lo que hacemos es buscar el equilibrio entre la inversión y el previsible daño si ocurriera, asumiendo que en nuestro case será más fácil reconstruir el dique si fallara que hacer una inversión extraordinaria en una estructura mucho más cara si usáramos un T mayor. Es fundamental, por lo tanto, tener una idea de qué escorrentía va circular por nuestra vaguada o cárcava, en lo que profundizaremos en la sección 5. Si por algún motivo no pudiéramos abordar ese cálculo, al menos debemos tener un conocimiento claro del área aportadora, eso es, de todo el terreno que hay por encima de nuestra cárcava y cuya escorrentía drenará por ella, que también abordaremos en la sección 5. En la sección 4 de este artículo podrá ver como las numerosas herramientas disponibles hoy sobre topografía, teledetección e imágenes históricas pueden ayudarnos a esta tarea.

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Figura 8. Partes esenciales de un dique de retención, h es altura de caída de agua. Adaptada de Gómez et al. (2019)

En cuanto al material del que queremos construir nuestros diques estos son muy variados y van desde gaviones o bolo envuelto en malla de gavión, diques construidos con perfiles metálicos, malla y bolo, cordones de escollera, diques hechos con piezas modulares manejables a mano sin necesidad de maquinar, perfiles de hormigón prefabricado, diques fabricados exclusivamente de madera, bio-rollos, mampostería, u hormigón armado. La Figura 20 muestra ejemplos de algunas de estas tecnologías, que se describen con algo más de detalle en numerosas obras, por ejemplo, Gómez et al. (2011) o Gómez et al. (2019).

4. Información geográfica para la monitorización de procesos erosivos (cárcavas) El control de los efectos provocados por la aparición de las cárcavas, así como su evolución representa un elemento fundamental para la toma de decisiones acerca de cuáles son los factores desencadenantes y, en su caso, qué medidas se pueden adoptar para mitigar sus efectos. Los procesos erosivos son procesos complejos que incorporan una considerable diversidad de factores que conllevan la necesidad de obtención de información de diversa índole (desde la propia topografía del terreno, como pendientes u orientaciones, la vegetación y los tipos de suelos presentes o el propio régimen de lluvias entre otras) para su correcto entendimiento y eventualmente modelización. En cualquier caso, es importante tener en cuenta que estamos abordando un fenómeno que tiene una marcada componente espacio-temporal, dado que las cárcavas evolucionan en cuanto a su morfología a lo largo del tiempo. Además, es importante considerar diferentes escalas de análisis, que podrán ir desde inventarios y mapas de susceptibilidad a nivel regional, hasta análisis en detalle a fin de establecer tasas específicas ligadas a sectores y/o cárcavas concretas.

La obtención de esta información ha sido una preocupación continua desde los primeros trabajos orientados al análisis cuantitativo de los procesos erosivos, evidentemente en muchos casos, teniendo en cuenta la escasez de medios, con un esfuerzo muy importante para poder obtener información de calidad, lo que limita lógicamente la extensión de los trabajos y de las conclusiones que se puedan derivar de los mismos. En este sentido, es importante resaltar los www.bibliotecahorticultura.com

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importantes avances que en las últimas décadas se han registrado, tanto en cuanto a la disponibilidad de información geográfica libre y gratuita a través de los diferentes portales de infraestructuras de datos espaciales, así como los avances en disponibilidad de sensores que nos proporcionan información de gran calidad sobre el territorio y en los sistemas informáticos que permiten su procesamiento en los entornos de los sistemas de información geográfica y otros programas específicos. De esta forma, se ha facilitado la disponibilidad de información, con un carácter multiescalar y multitemporal que es sin duda es un factor básico que ayudará a entender los procesos, y el impacto de nuestras actuaciones en el terreno, así como de las propias medidas adoptadas al respecto.

Es evidente, que se pueden plantear un elevado número de ejemplos de fuentes de información ligadas a la adquisición de la información geográfica para estos fines. No obstante, consideramos que un esquema global podría abordar tres diferentes escalas de trabajo (escalas de fuente de información) resumidas en la Tabla 2. En primer lugar, la información proporcionada por los sensores instalados en satélites (en muchos casos de acceso libre y gratuito y que pueden ser procesada mediante software también libre y gratuito); en segundo lugar, la información disponible en los diferentes servidores institucionales de información geográfica (los conocidos como servicios de infraestructura de datos espaciales, IDE, dependientes de los diferentes niveles de administración del estado y otros organismos) y, por último, la información a nivel de gran detalle que puede ser proporcionada por los trabajos de campo, ligados al empleo de sistemas aéreos no tripulados (UAV o RPAS, o más comúnmente conocidos con la denominación de “drones”).

Tabla 2. Fuentes de información multiescalar y multitemporal. RPAS es lo que comúnmente se conoce como “drone” Ámbito/escala Regional

Local

Detalle

Productos básicos Imágenes satelitales Modelos Digitales Globales Ortoimágenes aéreas Modelos Digitales Terreno RPAS Instrumentos topográficos

Ejemplo de plataforma de acceso a la información Plataforma de descarga de información del programa Copernicus (https://panda.copernicus.eu/) Plataforma de descarga de información del US Geological Survey (https://earthexplorer.usgs.gov/) (información a nivel mundial) Plan Nacional de Ortofotografía Aérea de España Centro de Descargas del Centro Nacional de Información Geográfica (https://centrodedescargas.cnig.es/CentroDescargas/index.jsp) Portal de Infraestructuras de Datos Espaciales de Andalucía (https://www.ideandalucia.es/portal/) Trabajos de detalle para la determinación de tasas de erosión en zonas concretas.

Las fuentes de información básica, son por un lado, los modelos digitales de elevaciones que nos proporcionan la información altimétrica de nuestra zona de estudio y que son obtenidos a partir de la modelización de nubes de puntos 3D (en la actualidad de una elevada densidad de puntos) a fin de obtener representaciones continuas del terreno, y, por otro lado, las imágenes en diferentes rangos del espectro electromagnético (fundamentalmente, visible, infrarrojo cercano y térmico) que junto con la fotointerpretación de las imágenes, nos permiten la obtención de índices para la monitorización de las zonas de estudio (por ejemplo, a través del cálculo de

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índices de vegetación). Estos productos que tradicionalmente se limitaban a los que se podían derivar a partir de las imágenes aéreas, se han extendido de forma muy importante cubriendo desde la información capturada por satélites con resoluciones espaciales métricas (si bien existen satélites con resoluciones hasta 0,3 m, como, por ejemplo, el recientemente lanzado Pleiades Neo o el WorldView-3) hasta centimétricas como en el caso de las imágenes capturadas desde RPAS. Algo similar ha ocurrido con las resoluciones espectrales, que pueden abarcar diferentes regiones del espacio electromagnético facilitando la interpretación automática de las mismas mediante los procedimientos de clasificación, en los que en la actualidad las técnicas de aprendizaje automático (Deep Learning), sin duda, abren un mundo de nuevas posibilidades de uso.

Las características actuales de las imágenes satelitales de programas, como, por ejemplo, Copernicus de la Comisión Europea (https://www.copernicus.eu/es), especialmente orientado a la observación y monitorización terrestre, tanto a nivel de zonas terrestres, acuáticas/marinas y clima, constituyen una fuente de información indispensable, con un carácter global. En este sentido, se pueden indicar dentro de este programa la información procedente del sensor Sentinel-2 MSI, que proporciona imágenes de la práctica totalidad de la superficie terrestre cada 5 días, con una resolución espacial de 10 m, y con un total de 13 canales o bandas espectrales, que permite el cálculo de índices de vegetación (que nos permiten conocer el grado de cobertura del suelo o el estado fisiológico de la vegetación) y procedimientos de clasificación automática (con un gran interés a los procedimientos de carácter multitemporal), ver Figura 9. Otro ejemplo es la información procedente de los sensores OLCI y SLSTR instalados en la plataforma Sentinel3, que nos proporciona información dos veces al día de toda la superficie terrestre, con resoluciones variables en torno a los 300-500 m, pero con información de gran interés, como, por ejemplo, las temperaturas de la superficie terrestre con errores inferiores a 0,18 ºK (Figura 10). Dentro de este primer apartado, dedicado a las imágenes procedentes de satélites se puede señalar el indudable interés de las imágenes procedentes de satélites de muy alta resolución como las anteriormente mencionadas de los satélites comerciales Pleiades Neo y WorldView-4 que además incorporan la posibilidad de captura estereoscópica y volúmenes de captura de hasta 2 millones de km2/día, por ejemplo, en el caso de Pleaides Neo, lo que sin duda, va a representar un elemento fundamental para el trabajo futuro en este tipo de estudios.

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Figura 9. Imágenes del satélite Sentinel-2 sensor MSI - Zona de Cerro Rojas Alto (Coordenadas UTM30N-ETRS89: 329680, 4187010) - © Programa Copernicus – Comisión Europea

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Figura 10. Imagen Sentinel-3 sensor SLSTR Fecha: 14 junio 2021. Temperatura superficie terrestre (LST).

Izquierda: Diurna (Hora 10:32:56), Centro: Nocturna (Hora 21:49:51), Derecha: Diferencias de Temperaturas. En grados Kelvin. © Programa Copernicus – Comisión Europea

El siguiente nivel, lo constituye la propia información disponible en las infraestructuras de datos espaciales. En las últimas décadas, se ha avanzado mucho en la organización y puesta en valor de la información geográfica disponible en nuestro país, constituyendo una fuente de información básica, no sólo para conocer cuál es el estado actual, sino también acerca de cuál era la situación pasada y qué cambios ha registrado el territorio, a través del análisis de las imágenes históricas disponibles (Figura 11). Esta información disponible de forma libre y gratuita en sitios como el propio Centro de Descargas del Centro Nacional de la Información Geográfica (centrodedescargas.cnig.es/) incluye imágenes aéreas de todo el territorio desde el vuelo de la serie B de 1956-57, e incluso para algunas zonas desde el vuelo de Ruiz de Alda de 1929, así como diferentes productos de interés como los propios conjuntos de datos LiDAR, los cuales son sistemas orientados para la captura de nubes de puntos 3D de gran densidad, en algunos casos, superiores a 1 punto/m2, de gran interés para el análisis geomorfométrico del territorio (Figura 12). El procesamiento de estos conjuntos de datos con los medios actuales se constituye, sin duda, como otra fuente de información básica para entender la evolución los procesos erosivos en nuestro país.

Por último, y siguiendo con el esquema de aumentar el grado de detalle se puede indicar las posibilidades derivadas del empleo de sistemas aéreos tripulados de forma remota (RPAS) que pueden equipar diferentes tipos de sensores, entre otros, cámaras dentro del espectro visible, multiespectral o térmico, incluso sistemas LiDAR. Estos equipos que cada día son más populares incluyendo sistemas de bajo coste permiten la captura de información a partir de la cual es posible obtener nubes de puntos 3D, que permiten la obtención de modelos digitales de elevaciones del terreno y, a partir de los mismos, derivar diferentes parámetros de interés (factores desencadenantes de los procesos erosivos, como los indicados en el apartado siguiente) y mediante la diferencia a lo largo del tiempo, establecer cuáles son las zonas en las que el material es erosionado y en las que se deposita. Estos sistemas permiten obtener modelos digitales con una resolución espacial centimétrica y exactitudes posicionales del mismo orden, que permiten detectar cárcavas incluso en sus primeros estadios de formación (Figura 13).

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Control de cárcavas en zonas agrícolas

Figura 11. Evolución de la cárcava de la zona de Cerro de Rojas Alto a partir de las ortoimágenes del Plan Nacional de Ortoimágenes Aéreas. © Centro Nacional de Información Geográfica

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Cultivo

Figura 12. Visualizaciones 3D de la cárcava de la zona de Cerro de Rojas Alto a partir de los datos LiDAR del Plan Nacional de Ortoimágenes Aéreas. Izq.: Visualización de la nube de puntos 3D, Dcha.: visualización del modelo digital de superficies. © Centro Nacional de Información Geográfica

Figura 13. Aplicaciones de los RPAS, comúnmente conocidos como “drones”, para la obtención de información de interés en la monitorización de procesos erosivos a escala de detalle. Izquierda: Ortoimagen de la zona de estudio y vistas 3D de las nubes de puntos coloreadas y clasificadas para diferenciar terreno y árboles. Derecha: arriba, modelo digital del terreno; abajo, cálculo de subcuencas de drenaje y redes de flujo en función del modelo digital del terreno. Zona de estudio: Morente.

Proyecto Innolivar

5. Determinación de caudal de diseño e identificación de zonas de mayor riesgo de formación En este apartado se explican los conceptos fundamentales para entender la respuesta hidrológica de la zona que drena una cárcava y determinar el caudal de diseño. Una explicación más detallada aparece en esta monografía (López et al., 2021).

El concepto, ya avanzado en la sección 3, de periodo de retorno, T, para un determinado valor de una variable, XT, representa el tiempo estadístico o medio, medido en años, que transcurre entre distintos sucesos de magnitud igual o superior a dicho valor, XT. Éste es un concepto que está asociado al riesgo y se suele establecer en normativas. Las relaciones XT-T se denominan cuantiles y se determinan mediante estudios de valores extremos, usándose para para caracterizar los valores de diseño de precipitación y/o caudal. Matemáticamente, el periodo de retorno, T, representa la inversa de la probabilidad de excedencia de un suceso de valor x, P(X ≥ x), 1

1

𝑃(𝑋 ≥ 𝑥) = 1 − 𝐹(𝑥) = 𝑇 ⇒ 𝑇 = 1−𝐹(𝑥)

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(1)

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Control de cárcavas en zonas agrícolas

Siendo F(x) la función de distribución de probabilidad que representa la probabilidad de no excedencia del suceso x, P(X ≤ x). En otras palabras y aplicado a una tormenta, una lluvia correspondiente a un periodo de retorno de T=10 años, por ejemplo, no se volvería a repetir en un tiempo estadístico de 10 años.

En hidrología uno de los conceptos más importantes es el de cuenca aportadora o cuenca vertiente. Adaptado a una cárcava en un punto determinado de la misma, se puede definir como la superficie de terreno, limitada por un contorno de cuenca, en la que toda la escorrentía generada desagua por ese punto de la cárcava, Figura 14. Al contorno de la cuenca, o línea que separa la superficie de la misma de otras adyacentes, se denomina divisoria de la cuenca. Las características morfológicas de una cuenca tienen una influencia decisiva sobre la respuesta hidrológica de la misma durante los episodios de lluvia, que se sintetizan en forma de hidrograma de caudales, que es la representación de los caudales que pasan por la sección del punto de drenaje de la cuenca con respecto al tiempo, Figura 14. Las características de la cuenca pueden ser de relieve, de forma, y relativas a la red de drenaje. La aparición y desarrollo de los Sistemas de Información Geográficos (SIG) que permiten tratar los modelos digitales del terreno han revolucionado este ámbito, facilitando enormemente el cálculo de estos parámetros.

Superficie de la cuenca, es el área de la cuenca vertiente, medida como proyección horizontal de la superficie de la misma. Pendiente media de la cuenca, es una medida de la inclinación media de toda la superficie de la cuenca, y es una variable fundamental ya que a mayor pendiente la velocidad del flujo superficial será mayor y el tiempo de respuesta menor.

Pendiente media del cauce más largo, importante para determinar un parámetro hidrológico que se denomina “tiempo de concentración”. El cauce más largo es el que va concentrando todo el flujo y su pendiente condicionará la velocidad del flujo y, por lo tanto, el tiempo de respuesta.

La forma de una cuenca influye decisivamente sobre la circulación de la misma a lo largo de la cuenca, por lo tanto, tiene un efecto directo sobre la forma del hidrograma y sobre los caudales y tiempos de respuesta. Por ejemplo, si se comparan dos cuencas de la misma superficie, una con forma alargada y otra con forma ovalada o de abanico, para la misma lluvia, la alargada generará un caudal de salida menor, ya que el tiempo de concentración será mayor, que la ovalada, que tendrá un tiempo de concentración menor, Figura 14, y esto resulta en que la escorrentía se distribuye a lo largo de un mayor periodo de tiempo.

Figura 14. Ejemplos de cuencas aportadores, en verde a la izquierda, e hidrogramas, gráficos a la derecha. Véase el efecto de la forma de la cuenca en el hidrograma de salida. tc representa el tiempo de concentración

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Cultivo

Tiempo de concentración. El tiempo de respuesta de los caudales superficiales de una cuenca a una lluvia es un factor importante que se puede caracterizar mediante distintos parámetros.

Uno de los más utilizados es el tiempo de concentración que representa el tiempo necesario para que toda la superficie de la cuenca concentre el flujo en el punto de salida. Una de las definiciones más intuitiva es definirlo como “el tiempo que tardaría en salir, por el punto de desagüe de la cuenca, una gota de escorrentía caída en el punto más lejano de la cuenca, con respecto al de salida”. Hay muchas fórmulas para determinar el tiempo de concentración, y cada metodología de cálculo de caudales tiene su fórmula. En este caso, se proporciona la fórmula de Témez (2) que es la que ha incorporado la normativa española de drenajes de carreteras desde el 1990 y en la actualidad está presente en la Norma 5.2 – IC de Drenaje Superficial de la Instrucción de Carreteras (Ministerio de Fomento, 2016). 𝐿 0,76

Fórmula de Témez: 𝑇𝑐 = 0,3 ∙ (𝐽1/4

)

(2)

dónde: Tc es el tiempo de concentración en horas; L es la longitud del cauce principal en km; y J es la pendiente media del cauce principal en m/m.

Método racional para la determinación del caudal de diseño. Hay diferentes métodos de cálculo para la determinación de caudales de diseño en función del tamaño de la cuenca. Para cuencas pequeñas se suele aplicar el método racional, que asume una intensidad de lluvia uniforme en el espacio y en el tiempo y un coeficiente de escorrentía uniforme en toda la cuenca, asumibles para el estudio de cuencas vertientes en pequeñas cárcavas. Por lo tanto, es aplicable a cuencas pequeñas en las que estas condiciones se pueden asumir. El método racional es el que ha asumido la Norma 5.2 – IC de Drenaje Superficial de la Instrucción de Carreteras (Ministerio de Fomento, 2016), adaptándolo para las distintas condiciones de España y de tamaños de cuenca. La expresión (3) proporciona el valor del caudal, Q, en m3/s: 𝑄𝑇 =

𝐶∙𝐼(𝑇,𝑇𝑐)∙𝐴 Kt 3,6

(3)

dónde: I(T, Tc) es la intensidad de la lluvia (mm/hora) correspondiente al periodo de retorno T y para una duración de aguacero igual al tiempo de concentración, Tc; C es el coeficiente de escorrentía de la cuenca; A es el área de la superficie de la cuenca en km2; y Kt es un coeficiente de uniformidad en la distribución temporal de la precipitación. El coeficiente de escorrentía C, caracteriza la parte de precipitación que genera la escorrentía, En la Norma 5.2 citada, este coeficiente, C, se determina a partir de la ecuación (4) 𝐶=

𝑃 ∙𝐾 𝑃 ∙𝐾 ( 𝑑 𝐴 −1)( 𝑑 𝐴 +23) 𝑃0

𝑃0 2 𝑃𝑑 ∙𝐾𝐴 ( +11) 𝑃0

(4)

donde: KA es el factor reductor de la precipitación por área de la cuenca; Pd es la precipitación diaria (mm) correspondiente a un periodo de retorno T; y P0 es el umbral de escorrentía (mm).

KA depende de la superficie de la cuenca: Si 𝐴 ≥ 1𝑘𝑚2 ⇒ 𝐾𝐴 = 1 −

𝑙𝑜𝑔10 𝐴 15

(5)

Si 𝐴 ≥ 1𝑘𝑚2 ⇒ 𝐾𝐴 = 1

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Control de cárcavas en zonas agrícolas

Pd (mm) es la precipitación diaria correspondiente al periodo de retorno, T, establecido para el cálculo. Se puede determinar a partir del análisis de frecuencia de la serie de precipitaciones diarias máximas anuales registrada en un pluviómetro cercano al sitio de estudio, o para España mediante la metodología descrita en la monografía “Máximas lluvias diarias en la España Peninsular” publicada por el Ministerio de Fomento en 1999 (Ministerio de Fomento, 1999).

P0(mm) llamado “umbral de escorrentía” representa la altura de lluvia que queda almacenada en la cuenca antes de que comience la escorrentía. En la metodología del NRCS (Natural Resources Conservation Service) del USDA (United States Department of Agricultural) es equivalente a la abstracción inicial, Ia, por lo tanto, la relación entre P0 y el parámetro de esta metodología o número de curva, CN por sus siglas en inglés (curve number) es: 𝑃0 =

5000 − 𝐶𝑁

50

(6)

El valor de P0 se determina mediante la fórmula 7 𝑃0 = 𝑃01 ∙ 𝛽

(7)

dónde: 𝑃01 (mm) es el valor inicial del umbral de escorrentía, su valor se obtiene de las Tablas que se aportan en la Norma 5.2 anteriormente mencionada, en función del uso y grupo de suelo y de la pendiente; y β (adimensional) es un coeficiente corrector del umbral de escorrentía. Este coeficiente corrector del umbral de escorrentía, β, se determina según el procedimiento establecido en la Norma citada. Intensidad de lluvia I(T, Tc). La intensidad de precipitación para un periodo de retorno, T, y una duración del aguacero igual al tiempo de concentración, Tc, se calcula según la expresión (8). 𝐼 (𝑇, 𝑇𝑐 ) = 𝐼𝑑 ∙ 𝐹𝑖

(8)

siendo: Id la intensidad media diaria (mm/h) de precipitación corregida correspondiente al periodo de retorno T. Se determina mediante la expresión (9). 𝐼𝑑 =

𝑃𝑑 ∙𝐾𝐴 24

(9)

dónde: Pd es la precipitación diaria correspondiente al periodo de retorno, T, anteriormente descrita, y KA viene dado por la expresión (5.7).

Fi es un factor de intensidad que se calcula mediante la ecuación (10): 𝐼

3,5287−2,5287∙𝑇𝑐0,1

𝐹𝑖 = (𝐼1 ) 𝑑

(5.10)

(I1/Id) es el Índice de Torrencialidad, que expresa la relación entre la precipitación horaria y la media diaria corregida. Su valor se determina en función de la zona geográfica (Figura 15).

Tc

20

Tiempo de concentración (h), se determina mediante la ecuación de Témez (3).

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Cultivo

Figura 15. Índice de Torrencialidad. De Norma 5.2 – IC de Drenaje Superficial de la Instrucción de Carreteras. Orden FOM/298/2016 de 15 de febrero (Ministerio de Fomento 2016)

6. Uso de la vegetación para el control de cárcavas El uso adecuado de vegetación, en la cuenca vertiente y en el perímetro de la cárcava con una selección de especies cuidadosa en combinación con ingeniería, permite un mejor control de cárcavas en las explotaciones agrícolas. Esto es especialmente relevante porque en muchos paisajes agrarios se ha reducido enormemente la presencia de vegetación que no sea la cultivada hasta extremos insostenibles (véase IMGEMA, 2020). En función de su fisionomía se distinguen dos tipos de vegetación.

Vegetación herbácea, utilizada fundamentalmente en forma de semilla para canales revegetados, cubiertas protectoras (en calles de cultivos leñosos o dentro de los periodos de barbecho en la rotación de cultivos anuales), y fijación de los márgenes de los taludes generados por la cárcava. Su uso, en general, exige de un estricto control de calidad del material a nivel de proveedores especializados. Asegurado este primer paso, el procedimiento seguido para la implantación sería. Primero, preparación del terreno. No se requiere una preparación previa profunda del terreno; no obstante, para asegurar el éxito de la siembra, es recomendable que éste se encuentre mullido, suelto y disgregado, para generar un lecho de siembra adecuado. Es aconsejable, por tanto, una labor muy somera preferentemente a finales del verano, justo antes de las primeras lluvias y de la siembra. En segundo lugar, se debe considera la preparación de las semillas. No debería ser necesaria. Se han de usar semillas de fácil manejo que no necesiten tratamientos pregerminativos con objeto de asegurar una germinación rápida y homogénea para todas las especies que se utilicen en la mezcla. En tercer lugar, tenemos la siembra. De ella dependerá en gran parte el éxito de la implantación. Puede realizarse a voleo o mediante sembradora, dependiendo de factores como la disponibilidad de recursos, el marco de plantación en el caso de cubiertas en las calles de cultivos leñosos, extensión de las parcelas, las diferencias en tamaño de semillas si se trata de mezclas, etc. En el interior de las cárcavas, www.bibliotecahorticultura.com

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Control de cárcavas en zonas agrícolas

siempre se realiza a mano. Se usarán siempre dosis recomendadas en función del uso que se vaya a hacer de este tipo de vegetación. Así, para prever escorrentía y erosión se utilizarán dosis del orden de 2,75-3,0 g/m2 en calles y de 8-12 g/m2 en el interior de las cárcavas. La época adecuada para la siembra es el inicio del otoño (octubre y noviembre), para aprovechar el comienzo de las precipitaciones, consiguiendo floraciones a inicios de la primavera. Pueden realizarse siembras tardías a principios de primavera, siempre que las condiciones meteorológicas sean favorables para la germinación de las semillas y su posterior maduración.

Un cuarto aspecto a considerar es el abonado. No se recomienda en general. Se intentará incluir en las mezclas especies de leguminosas, con capacidad para fijar nitrógeno y buenas generadoras de biomasa útil como abono verde. No obstante, en el caso de suelos muy degradados es aconsejable un abonado de fondo, si es posible de compost de buena calidad (para prevenir contaminación de otras especies que pudieras venir con el mismo, y proporcionar unas mejores condiciones de germinación podría ser recomendable). El quinto elemento clave es el control de la cubierta. Preferentemente mediante desbroce. Lo ideal es realizar el desbroce de la cubierta una vez ésta ha completado su ciclo vegetativo para asegurar la resiembra natural en el siguiente año agrícola. Si ésta cubierta está sembrada en las calles de un cultivo leñoso se debería controlar antes de que entre en riesgo de competencia con el cultivo.

Esta fecha variará en función de la localización, tipo y condiciones de cultivo y condiciones meteorológicas del año. Por ejemplo, en el sur de España esta fecha en olivar puede oscilar desde principios de abril a inicios de mayo. Estos dos propósitos no siempre son posibles de armonizar, por lo que si se debe segar antes del final del ciclo de la cubierta debemos dejar una banda suficientemente ancha sin desbrozar para auto-semillado. Los manejos deben adaptarse a las condiciones de la finca, en especial en cubiertas en las calles de cultivos leñosos, y a veces es necesario combinar desbroce con uso de herbicida. En ocasiones, especialmente si hubiera habido rebrotes a finales de primavera, y con la cubierta ya completamente agostada, se puede realizar otro desbroce para eliminación de los restos y su incorporación al suelo; esta labor facilita las operaciones propias del cultivo y reduce drásticamente la posibilidad de combustión de los restos.

Vegetación leñosa, que se utiliza en control de cárcavas con el propósito principal del control de la erosión en la cabecera y taludes de la misma a través del incremento de la retención de suelo por la cobertura de la vegetación y el desarrollo radicular de las plantas. A la vez, la vegetación implantada permitirá frenar también la erosión biológica de la finca, potenciando la biodiversidad y mejorando sustancialmente los paisajes agrarios de uso intensivo que han sufrido fuertes procesos de simplificación conduciéndolos a la desconexión ecológica territorial.

Al igual que la vegetación herbácea, su implantación requiere una serie de pasos. El primero es la selección de especies y su formato. Para ello el formato más adecuado para esta revegetación es el de plantas de una savia en cepellón procedente de bandeja forestal de especies arbustivas, que deben ser de gran amplitud ecológica, alta frugalidad y contrastada rusticidad; preferentemente serán autóctonas o naturalizadas no invasoras. Otras características deseables son: a) Bajo porte: evitará que el desarrollo y crecimiento de estas especies en el futuro no entorpezca la dinámica de la finca y no proyecte sombreo a los cultivos colindantes: b) Sistema radicular amplio: buscando alta capacidad de exploración de las raíces, que redundará en mayor retención de suelo en las zonas críticas de la cárcava (taludes y cabecera de los diques); c) Resistentes: las especies tolerantes a una poda recurrente para control de volumen y a las

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Cultivo

posibles derivas de fitosanitarios, tendrán más existo de supervivencia. El segundo paso es el diseño de plantación de especies leñosas en una cárcava. Las líneas de plantación deben ubicarse preferentemente en los taludes y cabeceras, siendo recomendable respetar una franja mínima de 1 m sin cultivar en los márgenes de la cárcava. La vegetación siempre debe implantarse sin invadir el lecho de la cárcava para dejar la sección libre para la evacuación de caudales. Dependiendo de la anchura de los taludes de la cárcava se aplicarán distintas unidades de líneas de plantación, pudiendo usarse como referencia, para taludes de entre 2 y 3 m de anchura, la aplicación de dos líneas de plantación al tresbolillo, con una distancia de 1 m entre planta por línea y una distancia de 1 m entre líneas (Figura 16 A). Por otro lado, de forma aleatoria y a demanda, se debe aprovechar para plantar en las zonas de anclaje de los diques, tanto en la base, como en la cabecera de los mismos. Esta medida potenciará la protección de las zonas críticas de estas estructuras que son propensas al colapso en episodios de avenidas (Figura 16 B). El tercer paso es la implantación y mantenimiento. Por lo general, la configuración de los taludes de las cárcavas limita la mecanización a la hora de la preparación del terreno y la plantación, no obstante, cuando se requiera se podría realizar el ahoyado con máquina ahoyadora manual. Posteriormente, mediante el empleo de azada, se realiza la plantación procediendo al aporcado del tallo de la planta, escarda, pisado y posterior apertura de una poceta o pequeño alcorque, para facilitar los riegos de establecimiento y apoyo. La plantación debe protegerse mediante protectores individuales de los potenciales daños que se pudieran provocar por herbivoría: Estos elementos proporcionan, además, alta visibilidad de las plantas para futuras labores de conservación y seguimiento. Las labores de mantenimiento de las plantaciones consistirán en aplicar como mínimo dos rozas continuas utilizando motodesbrozadora manual o mediante siega química para eliminar la competencia de las herbáceas anuales y perennes. Se acompañarán riegos de apoyo en el momento de la implantación y durante los periodos de estiaje durante al menos los dos primeros años. Las fincas que dispongan de riego localizado, pueden regar las plantas a la vez que el cultivo o mediante riego diferenciado.

ç Figura 16. Líneas de plantación en cárcava revegetada (A) y de plantación en cabeceras de los diques (B)

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Control de cárcavas en zonas agrícolas

La Tabla 3 permite tener una idea de los costes de las tareas de revegetación con planta leñosa.

En ella se indica el coste total por unidad de planta con las características y procesos culturales citados, realizados con personal propio, maquinaria alquilada y materiales comprados en proveedores cercanos. El coste se ha calculado por apartados a precios del año 2016 y no incluye gastos generales, beneficio industrial ni IVA. Tabla 3. Resumen de costes por unidad plantación Concepto Preparación del terreno Distribución material forestal Plantación Materiales auxiliares y colocación Planta Cuidados post plantación (primer año)

Coste, €/planta 0,07 0,02 0,22 1,92 0,45 2,53

Coste total:

5,21

7. Canal vegetado Una solución muy eficiente para prevenir o restaurar cárcavas en vaguadas es el uso de la técnica denominada caudal vegetado. Como su nombre indica se trata de perfilar la sección de la cárcava para que tenga una sección lo más ancha y uniforme posible y dejarla permanente cubierta con vegetación muy densa, Figura 17. Lo que se persigue con ello es proteger el suelo frente a la erosión gracias al efecto protector de la vegetación y reducir la fuerza erosiva de la escorrentía al reducir su velocidad por la presencia de la vegetación y el efecto de la reducción del calado al distribuir la escorrentía a lo largo de toda la anchura del canal perfilado.

Figura 17. Esquema de la sección de un canal vegetado. Tomado de Gómez et al. (2019)

Esta solución sólo puede funcionar mientras que la velocidad del agua de escorrentía se mantenga debajo de un límite máximo, que es unos 1,5 m/s (que son 5,4 km/h que es más o menos equivalente a andar rápido). Como estas estructuras son fáciles de reparar y de coste moderado normalmente se diseñan para la tormenta esperable con un periodo de retorno (un concepto ya explicado en secciones anteriores) de 10 años. Esta velocidad máxima esperable va a depender de la pendiente del canal y del caudal que deba evacuar, el cual depende de entre otros factores del área aportadora a ese canal. Por este motivo el canal vegetado puede ser una solución factible para vaguadas en pendientes no excesivamente pronunciadas y con una cuenca aportadora pequeña. En el Anexo se muestra un ejemplo.

La Tabla 4, tomada de Gómez et al. (2019) indica la anchura (w) y altura (H), ver Figura 17, de canal vegetado en función de la pendiente y del caudal esperado. En Gómez et al. (2019) y en NRCS (2015) se puede encontrar más información sobre esta práctica. El éxito de esta práctica

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Cultivo

depende de aplicarla dentro de sus límites de uso (comentado en el párrafo anterior), de un buen perfilado de la sección del canal y de una correcta implantación y manejo de la vegetación.

En lo referente a la vegetación es conveniente sembrarla a muy alta densidad para que de la manera más rápida posible tapicen y protejan la vaguada. Para esta revegetación lo ideal es utilizar especies perennes adaptadas a la zona y de un manejo relativamente simple (por ejemplo, desbrozando), o especies anuales adaptadas a la zona en la que puedan producir semilla antes de la estación seca para garantizar autosemillado de un año para el año siguiente.

Ejemplos de estas especies pueden ser Lolium, Brachypodium o Bromus, solas o sembradas con leguminosas (como veza), otras especies de interés para la biodiversidad u otras gramíneas de menor coste que ayuden a tapizar el canal el primer año mientras se implantan estas gramíneas.

Hay que tener siempre en cuenta los cultivos adyacentes a estas vaguadas vegetadas, de manera que no se conviertan en un reservorio de malas hierbas que dañen de manera seria a nuestro cultivo. Por ejemplo, si tuviéramos que disponer una de estas vaguadas en una parcela de cereal (Figura 18 A) no usaríamos Bromus por su difícil control en este cultivo, mientras que si la dispusiéramos en una parcela de almendros (Figura 18 B) podría ser una opción muy recomendable. En estas dos actuaciones se enterraron diques de paja para estabilizar la vaguada hasta que estuviera tapizada por la vegetación.

Figura 18. Canal vegetado en cereal (A) y en plantación de almendro (B)

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Control de cárcavas en zonas agrícolas

Tabla 4. Determinación de la anchura (w) y altura (h) mínimas de la vaguada perfilada para su revegetación en función de la pendiente y el caudal de diseño. Tomada de Gómez et al. (2019) Caudal en de diseño en canal

Pendiente %

0,3

m3/s

0,5

m3/s

1 m3/s

2 m3/s

3 m3/s

5 m3/s

H (m)

W (m)

H (m)

W (m)

H (m)

W (m)

H (m)

W (m)

H (m)

W (m)

H (m)

W (m)

2

0,27

1,12

0,27

1,86

0,27

3,72

0,27

7,43

0,27

10,94

0,27

18,95

3

0,20

1,51

0,20

2,52

0,20

5,02

0,20

10,29

0,20

15,07

0,20

28,19

4

0,16

1,87

0,16

3,13

0,16

6,23

0,16

12,65

0,16

20,66

5

0,14

2,22

0,14

3,70

0,14

7,55

0,14

16,46

0,14

23,27

6

0,12

2,54

0,12

4,30

0,12

8,53

0,12

17,75

7

0,11

2,86

0,11

4,77

0,11

9,67

0,11

20,52

8

0,10

3,17

0,10

5,31

0,10

11,27

0,10

27,60

9

0,09

3,47

0,09

5,76

0,09

11,81

10

0,08

3,74

0,08

6,35

0,08

12,69

La Figura 18 muestra dos ejemplos de canal vegetado en cereal y almendro. El coste de estas intervenciones varió mucho en función del coste de relleno y perfilado de la vaguada (Gómez et al. 2020). En la parcela de cereal, Figura 18 A, en la que no había cárcava formada, fue de 917 euros para unos 235 m. En la parcela de almendro, Figura 18 B, en la que hubo que tapar una cárcava de varios metros de profundidad el coste fue de 4406 euros para un canal de 406 m, aunque el 73% de ese coste fue tapado y perfilado de cárcava.

8. Esquema de actuación. Rango de costes El objetivo final de actuar sobre una cárcava es restaurarla para evitar que siga creciendo y dejarla en unas condiciones que minimicen los daños a nuestra explotación y la mejore. Esto debemos lograrlo minimizando su coste, ya que se trata de intervenciones de cuantía relevante para el contexto agrícola, pero aun así logrando implementar una solución que sea duradera.

Para alcanzar esos objetivos simultáneamente es muy importante ser organizados y sistemáticos en la organización de las tareas, y la Tabla 5 resume esos pasos. Aunque los nombres y tareas pueden parecer pretenciosos o complicados, texto en rojo a la izquierda de la Tabla 5, en realidad se trata seguir un proceso que nos ayude a usar toda la información disponible y prevenir errores que pueden ser costosos, ver texto verde en la parte derecha de la Tabla 5.

Siguiendo los criterios resumidos en esta publicación, y que puede ampliar en las referencias que se incluyen, podrá comprobar que cada hora que dedique a planificar la restauración de cárcavas le compensará con un ahorro muy relevante en el coste de la ejecución, y en futuras reparaciones después de la primera tormenta severa.

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Tabla 5. Pasos a seguir para planificar una actuación de control de cárcavas. Adaptada de Gómez et al.

(2019)

En las actuaciones de control de cárcavas se pone tanto énfasis en su coste porque este suele ser elevado para las posibilidades de inversión en agricultura. La Figura 19 resume el coste total de las diferentes partidas en una serie de diferentes actuaciones de restauración de cárcavas con distintas tecnologías, resumidas en la Figura 20. En esta última figura puede observarse cómo existen distintas tecnologías para construir diques de retención, que pueden ir desde gaviones o bolo envuelto en malla de gavión (Conchuela 1 o Alguacilito), diques construidos con perfiles metálicos, malla y bolo (como en Conchuela 2), cordones de escollera (como en Aguayos), canales vegetados (cómo en Las Trescientas o Fontanar), o diques hechos con piezas modulares manejables a mano sin necesidad de maquinaria (como en Morente). Las Figura 20 no es exhaustiva y deja fuera, por motivos de espacio, algunas otras alternativas para construir diques, como por ejemplo perfiles de hormigón prefabricado, diques fabricados exclusivamente de madera, bio-rollos, mampostería, hormigón armado u otro tipo de piezas modulares. No obstante, es lo suficientemente ilustrativa para recordarnos que existen múltiples alternativas para abordar la construcción de diques de retención. La selección de una u otra alternativa www.bibliotecahorticultura.com

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Control de cárcavas en zonas agrícolas

dependerá de las condiciones particulares de una cárcava, por ejemplo, lo ancha y profunda que sea, la estabilidad de los taludes o la facilidad de acceso a la misma. También dependerá de las condiciones de la explotación y del coste de los servicios disponibles. Si, por ejemplo, disponemos de mucho personal y no disponemos de maquinaria pesada es natural inclinarse a una solución que nos permita aprovechar esa ventaja, como por ejemplo en el caso Morente, mientras que, si nuestra situación es inversa, quizás nos interese más una solución como la de Aguayos.

La Figura 19 también es ilustrativa de los conceptos de coste que debemos manejar cuando se plantea una restauración de cárcavas. En síntesis, hay cinco conceptos: personal, maquinaria, materiales para diques, escollera u otros materiales para cabecera o zonas inestables, y material para revegetación. Si tenemos una cabecera de cárcavas muy escarpada (como en Conchuela 1, Figura 20) es necesario estabilizar esas cabeceras de alguna manera, bien con escollera (como en ese ejemplo) o bien con otro tipo de materiales (como por ejemplo celosías como las que aparecen en Morente, (Figura 20) para que sean estables y dejen de crecer. La Figura 19 es muy ilustrativa acerca de otros conceptos interesantes. Uno es el amplio rango de costes, de 3,9 a 89,1 € por metro de longitud de cárcavas restaurada, y el otro la idea del montante total de esta inversión. De esto surge de manera inmediata la conveniencia de actuar de manera preventiva o cuando la cárcava es de pequeño tamaño, ya que la obra será más de mucho menor coste.

Esto se ve muy bien comparando las dos soluciones de canal vegetado, en la que se ve que, en Fontanar, que tenía una cárcava de varios metros que hubo que rellenar y perfilar, fue necesaria una elevada inversión en movimiento de tierras (más detalles en Gómez et al. 2020)

Figura 19. Coste total de diferentes restauraciones de cárcavas con diferentes tipologías y tecnologías y (definidas en la Figura 20). El número encima de cada barra es el coste por metro de longitud de cárcava restaurada. Adaptado de Gómez et al. (2020) y elaboración propia para Morente y Patronato

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Cultivo

Figura 20. Diferentes estrategias de control restauración de cárcavas Adaptado de Gómez et al. (2020) y elaboración propia para Morente

Bibliografía Casalí, J.; Giménez, R.; De Santisteban, L.; Campo, M. A.; Álvarez-Mozos, J.; Goñi, M.; Gastesi, R. (2009). Estado actual del conocimiento sobre la erosión por flujos concentrados en Navarra. Cuadernos de Investigación Geográfica, 35 (1): 63-85. En: http://cuencasagrarias.navarra.es/_data/informes/Casal%C3%AD%20et%20al%202009 %20Cuadernos%20de%20Investigaci%C3%B3n%20Geogr%C3%A1fica.pdf www.bibliotecahorticultura.com

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Control de cárcavas en zonas agrícolas

De Andrés Camacho, C.; Cosano Porras, I.; Pereda López, N. (2003) Manual para la diversificación del paisaje agrario. 2ª Edición. Comité Andaluz de Agricultura Ecológica. Junta de Andalucía.

Sevilla.

En: https://www.juntadeandalucia.es/medioambiente/consolidado/publicacionesdigitales /80-407_MANUAL_PARA_LA_DIVERSIFICACION_DEL_PAISAJE_AGRARIO/80-407.htm Gómez, J.A.; Taguas, E.V.; Vanwalleghem, T.; Giráldez, J.V.; Sánchez, F.; Ayuso, J.L.; Lora, A.; Mora, J. (2011). Criterios técnicos para el control de cárcavas, diseño de muros de retención, y revegetación de paisajes agrarios. Consejería de Agricultura y Pesca. Junta de Andalucía.

Depósito Legal SE-6046-2011.

En: https://www.juntadeandalucia.es/servicios/publicaciones/detalle/75684.html Gómez, J.A.; Castillo, C.; Mora, J.; Lora, A.; Taguas, E.V.; Ayuso, J.L.; Guerrero-Casado; Tortosa, F.S. (2019). Criterios técnicos para el diseño y evaluación de cárcavas, revegetación para diversificación del paisaje, muros de contención, mejora ambiental de fuentes y abrevaderos y construcción de charcas artificiales.

En: https://www.juntadeandalucia.es/export/drupaljda/publicacion/19/12/CARCAVAS_412-19-reduc.pdf Gómez, J.A.; Miranda, P.; Lora, A.; Mora, J. (2020). Síntesis de una década de diferentes acciones de restauración de cárcavas para olivares en el valle del Guadalquivir: descripción de situaciones, metodologías y costes.

Digital CSIC. En: https://digital.csic.es/handle/10261/226909 IMGEMA (2020).

Diversificación del Paisaje Agrario.

En: https://www.jardinbotanicodecordoba.com/investigacion/diversificacion-del-paisajeagrario/ Leopold, L.B.; Wolman, M.G.; Miller, J.P. (1964). Fluvial processes in Geomorphology. Dover.

New York.

López, J.J.; Goñi, M.; Gómez, J.A. (2021). Determinación del caudal de diseño en cárcavas medianas para el dimensionamiento de estructuras de control. Digital CSIC. En: https://digital.csic.es/handle/10261/246083 Ministerio de Fomento. (1999). Máximas lluvias diarias en la España Peninsular. En: https://www.mitma.gob.es/recursos_mfom/0610300.pdf Ministerio de Fomento (2016). Orden FOM/298/2016, de 15 de febrero, por la que se aprueba la norma 5.2 - IC drenaje superficial de la Instrucción de Carreteras. En BOE num 60 de 10 de marzo de 2016, páginas 18882 a 19023.

En: https://www.boe.es/eli/es/o/2016/02/15/fom298 NRCS, Natural Resources Conservation Service. (2015). Conservation Practice Standard. Grassed Waterway (ac.) code 412.

En: https://efotg.sc.egov.usda.gov/references/public/NY/nyps412.pdf

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Cultivo

Anexo. Ejemplos de actuaciones A1. Canal vegetado en Fontanar A1.1. Características generales -

Área de la cuenca aportadora: 5,16 ha Caudal punta para periodo de diseño de 25 años: 0,77 m3 segundo-1 Pendiente media de la cuenca aportadora: 10,1% Longitud máxima recorrida por escorrentía en la cuenca aportadora: 358 m Cultivo: Almendro de riego Longitud de actuación: 406,6 m (en dos ramales)

Figura A.1. Imagen de la cárcava restaurada

A1.2. Descripción de actuación Esta actuación siguió el principio de canal vegetado partiendo de una cárcava de gran tamaño formada en una parcela de tierra calma antes del establecimiento de una plantación de almendros. Para ello lo primero que sea realizó fue el movimiento de tierras para tapar la cárcava (en forma de Y) y perfilarla formando un canal de sección amplia con poco calado. Esto se realizó con traílla y aperos de labor. A continuación, y para estabilizar la superficie frente a la formación de regueros mientras se implantaba la vegetación, se instalaron 10 diques enterrados. Para ello se cavaron 10 zanjas distribuidas a lo largo de la cárcava para crear diez diques enterrados de tierra compactada envuelta en fardos a su vez recubiertos de en plástico.

El objetivo era impedir la incisión por regueros y cárcavas efímeras hasta el establecimiento de la cubierta herbácea que vegetara la vaguada. Esta vegetación se implementó mediante una siembra de una mezcla de gramíneas autóctonas de ciclo corto a una densidad aproximada de 60 kg ha-1 sembrada a mano a principios de otoño.

A1.3. Resumen de costes El coste total de esta intervención realizada con personal propio, maquinaria alquilada y materiales comprados en proveedores cercanos se resume en la Tabla A.1. En ella el coste se ha calculado por apartados a precios del año de intervención, 2016.

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Tabla A.1. Resumen de costes Concepto Movimiento de tierras (traílla y laboreo) Excavadora para diques enterrados Materiales para diques enterrados (plásticos, fardos) Mano de obra Siembra de cubierta Coste total:

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Coste, € 3267 399 367 180 204 4417

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A2. Cárcavas en Patronato A2.1. Características generales -

Área de la cuenca aportadora: 73 y 13 ha Caudal punta para periodo de diseño de 25 años: 7,1 y 1,7 m3 segundo-1 en dos ramales diferentes Pendiente media de la cuenca aportadora: 9,6 % Longitud máxima recorrida por escorrentía en la cuenca aportadora: 358 m Cultivo: Olivar de secano Longitud de actuación: 246 m (en dos ramales)

Figura A.2. Imagen de cárcavas restauradas

A2.2. Descripción de actuación Esta actuación combinó distintas metodologías para minimizar el coste. Por un lado, en cárcavas de gran tamaño con una caída pronunciada a un arroyo su utilizaron gaviones (reciclados de cajas sin montar sobrantes de una obra previa en la finca) y escollera, con una altura de dique de entre 0,6 y 1,6 m, ver la Figura A.2 izquierda. En las cárcavas más pequeñas se utilizaron diques de bolo envuelto en malla de gavión (dique frontal en la Figura A.2 derecha). Consisten en piedra de unos 20 cm de tamaño envuelta en malla de gavión formando un dique de aproximadamente 0,5 m de altura. También se aprovechó para reparar diques previamente construidos con perfiles metálicos y malla (dique posterior en la Figura A.2 derecha). En esta reparación se aprovechó para ampliar el aliviadero de los mismos y dotarlos de una protección en el cuenco de amortiguación que no se instaló en su momento. El uso de escollera, necesario para proteger el cuenco de amortiguación en la caída al arroyo y evitar la socavación del dique en el futuro (A.2), obligó al uso de maquinaria pesada.

A2.3 Resumen de costes El coste total de esta intervención realizada con personal propio, maquinaria alquilada y materiales comprados en proveedores cercanos se resume en la Tabla A.2. En ella el coste se ha calculado por apartados a precios del año de intervención, 2020. Recuerde que parte de la actuación ha reciclado materiales de diques ya existentes cuyo coste se ha considerado cero.

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Tabla A.2. Resumen de costes Concepto Excavadora Escollera adicional Materiales para diques Mano de obra Coste total:

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Coste, € 843 135 2231 1855 5064

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A3. Control de cárcavas en Morente A3.1. Características generales -

Área de la cuenca aportadora: 2,26 ha Caudal punta para periodo de diseño de 25 años: 0,145 m3 segundo-1 Pendiente media de la cuenca aportadora: 15,4 % Longitud máxima recorrida por escorrentía en la cuenca aportadora: 577 m Cultivo: Olivar de Secano Longitud de actuación: 128 m

Figura A.3. Imagen de la cárcava restaurada

A3.2. Descripción de actuación Esta actuación usó la tecnología de diques construidos con piezas modulares de hormigón prefabricado, que con un peso de unos 20 kg se pueden colocar a mano sin necesidad de maquinaria. Estos diques no necesitan cimentación, y el suelo y estribos de la cárcava donde se asientan, se pueden sanear con herramientas de mano. Una vez escogidas localizaciones estables y determinado el espaciamiento adecuado, se saneó el terreno y se construyeron. La colocación de estos bloques, se realiza directamente sobre el terreno, empotrando los diques en los taludes, y dejando piezas sin colocar en la última fila para formar el aliviadero. Una vez levantados los diques, se rellenan hasta el nivel del aliviadero su pared aguas arriba para formar

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un paramento mixto dique-grava, que trabajando de manera solidaria es de gran estabilidad, a la vez que mantiene un buen drenaje. El dique se complementa con un refuerzo de piezas de celosía en los taludes, y grava para proteger el cuenco de amortiguación y los estribos del dique.

Con este sistema se instalaron unos 10 diques de entre 0,8 – 1,0 m de altura, distribuidos a lo largo de los 128 m de la actuación. En el perímetro de la cárcava se plantaron algunas plantas de especies leñosas autóctonas (como por ejemplo aladierno, majuelo o matagallo) con el espaciamiento amplio que el olivicultor consideró conveniente para no obstaculizar sus operaciones de cultivo.

A.3.3. Resumen de costes.

El coste total de esta intervención realizada con personal propio, sin necesidad de maquinaria por la naturaleza constructiva del dique, bloques comprados directamente al fabricante de los bloques y grava de proveedor cercano se resume en la Tabla A.3. a precios de 2020.

Tabla A.3. Resumen de costes

Concepto Maquinaria Materiales para diques (bloques, celosías, grava) Mano de obra Plantas para revegetación Coste total:

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Coste, € 0 3225 1440 642 5307

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