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PROYECTO HYDROSURII:
RED DE CUENCAS EXPERIMENTALES
DE LA CUENCA MEDITERRÁNEA ANDALUZA
Departamento de Geografía
Universidad de Málaga
Contenido
1. Introducción
2. Cuencas experimentales
3. Materiales
4. Métodos
-
Trabajo de campo
-
Nomenclatura de los puntos de muestreo
-
Trabajo de laboratorio
-
Trabajo de gabinete
5. Labor y horario de los becarios
6. Líneas de investigación
Introducción
El proyecto Hydrosur II consiste en la puesta en marcha y el seguimiento espaciotemporal de distintas variables ambientales relacionadas con el agua en el marco
geográfico de la cuenca hidrográfica. Para ello se ponen en marcha cinco cuencas
experimentales a lo largo de la Cuenca Mediterránea Andaluza, siguiendo el gradiente
climático existente desde el Estrecho de Gibraltar hasta el Desierto de Tabernas. De este
modo, cada una de las cuencas experimentales se encuentra bajo un régimen climático
distinto a fin de observar el cambio en las variables ambientales medidas a causa de las
modificaciones de las condiciones climáticas. Todas las cuencas se encuentran
actualmente en estado natural, con cubierta vegetal arbustiva o arbórea variable según
las condiciones climáticas.
El objetivo fundamental del proyecto es analizar las relaciones del sistema sueloagua-planta y sus repercusiones hidrológicas y erosivas a escala de cuenca bajo
diferentes condiciones climáticas, para poder establecer y definir los posibles fenómenos
que puedan provocar la degradación del suelo, luego del sistema eco-geomorfológico,
ante un cambio en las condiciones climáticas hacia una mayor aridez. Las variables
ambientales medidas y registradas en cada una de las cuencas experimentales son las
siguientes:
· Variables climáticas: precipitación, temperatura, humedad ambiental, radiación
solar y viento.
· Variables hidrológicas: infiltración, evolución del contenido de humedad del suelo,
agua útil para la vegetación en el suelo, generación de escorrentía a escala de ladera,
generación y circulación de caudales por la red de drenaje. Del suelo se analizan también
las siguientes variables hidrológicas: conductividad hidráulica y capacidad de retención
hídrica.
· Variables edáficas: físicas (contenido y distribución de gravas, textura, porosidad,
densidad aparente y real, estabilidad de agregados), químicas (pH, salinidad, carbonatos,
grado de saturación, CIC) y biológicas (materia orgánica).
· Variables vegetales: cubierta y densidad vegetal, variaciones estacionales de la
vegetación, consumo hídrico, variación espacial de las especies vegetales a escala de
gradiente climático y de cuenca.
· Variables geomorfológicas: movilización de sedimentos a escala de ladera y de
cuenca, tasas de erosión.
Los resultados, además de ser utilizadas para las investigaciones pertinentes, son
expuestos al público en la página web del grupo de investigación
http://www.hydrosur.uma.es, dado que una de las finalidades del convenio entre
Universidad de Málaga y Junta de Andalucía es la difusión de información ambiental
relativa al cambio climático y su afección sobre la disponibilidad de agua en el suelo y
para la vegetación.
El proyecto de investigación trabaja a cuatro niveles o escalas de trabajo
directamente relacionados: regional, cuenca, ladera y micro-ambiente.
Cuencas experimentales
Las cinco cuencas experimentales se localizan a lo largo del Sistema Bético
Costero, siguiendo el gradiente climático existente desde el Estrecho de Gibraltar hasta el
desierto de Tabernas. Todas las cuencas presentan las mayores semejanzas posibles
para que los resultados de las mediciones sean comparables: topografía montuosa, de
elevada pendiente y extensión de 6 a 10 has.; sustrato geológico impermeable de origen
metamórfico (funcionamiento hidrológico rápido ante eventos lluviosos extremos); cubierta
vegetal natural arbustiva y/o arbórea; uso humano esporádico.
Las cuencas experimentales son las siguientes:
- Cuenca experimental de Gaucín
Localización: Sierra del Hacho, término municipal de Gaucín (Málaga), cabecera
del arroyo del Peso (cuenca del río Guadiaro). Altitud: 625 – 769 m. Superficie: 10,9 Ha.
Pluviometría media anual: 1.100 mm. Geología: Zócalo paleozoico metamórfico (filitas y
pizarras, Maláguide). Vegetación actual: Bosque y matorral mediterráneo (Quercus suber,
Quercus pyrenaica). Uso humano: Forestal y pastoreo (caprino y bovino).
- Cuenca experimental de Benahavís
Localización: Sierra de las Apretaderas, término municipal de Benahavís (Málaga),
cabecera de arroyo de la cuenca del río Guadaiza. Altitud: 350 – 437 m. Superficie: 5,1
Ha. Pluviometría media anual: 800 mm. Geología: Zócalo paleozoico metamórfico (Gneis
granitoide, Alpujárride). Vegetación actual: matorral mediterráneo y arbolado disperso
(Quercus suber, Pinus halepensis). Uso humano: Forestal.
- Cuenca experimental de Almogía
Localización: Montes de Málaga, término municipal de Almogía (Málaga), cabecera
de arroyo Ancón (cuenca del Guadalhorce). Altitud: 526 – 588 m. Superficie: 7,8 Ha.
Pluviometría media anual: 550 mm. Geología: Zócalo paleozoico metamórfico (filitas,
pizarras y grauvacas). Vegetación actual: Bosque mediterráneo abierto (Quercus suber y
Quercus ilex) + matorral mixto (Quercus coccifera, Cistus monspeliensis, Cistus albidus,
Genista umbellata). Uso humano: forestal y pastoreo caprino (esporádico).
CUENCA EXPERIMENTAL
DE GAUCÍN
Superficie: 10,9 has.
CUENCA EXPERIMENTAL
DE BENAHAVÍS
Superficie: 5,1 has.
CUENCA EXPERIMENTAL
DE ALMOGÍA
Superficie: 7,8 has.
CUENCA EXPERIMENTAL
DE BERJA
Superficie: 6,3 has.
- Cuenca experimental de Berja
Localización: Sierra de Lújar, término municipal de Berja (Almería), cabecera del
arroyo Péral (cuenca del río Chico). Altitud: 265 – 363 m. Superficie: 6,3 Ha. Pluviometría
media anual: 350 mm. Geología: Zócalo paleozoico metamórfico (mica-esquistos,
Alpujárride). Vegetación actual: Matorral mixto mediterráneo (Thymelaea hirsuta, Genista
umbellata, Cistus clusii, Lavandula dentata). Uso humano: Forestal y cinegético.
- Cuenca experimental de Gérgal
Localización: Sierra de los Filabres, término municipal de Gérgal (Almería),
cabecera de Rambla Ancha (cuenca del río Andarax). Altitud: 1.090 – 1.165 m. Superficie:
8,2 Ha. Pluviometría media anual: 240 mm. Geología: Zócalo paleozoico metamórfico
(mica-esquistos, Nevado-Filábride). Vegetación actual: Matorral mixto mediterráneo y
arbolado (Pinus halepensis). Uso humano: Forestal y cinegético.
CUENCA EXPERIMENTAL
DE GÉRGAL
Superficie: 8,2 has.
Materiales y metodología
Materiales
El proyecto de investigación dispone de una serie de instrumental óptimo y
ampliamente utilizado en la comunidad científica para el estudio de las relaciones sueloagua-planta tanto en laboratorio como en campo.
Para el trabajo de laboratorio se dispone del siguiente instrumental:
· Bandeja sand-box para pFs inferiores a 3.0 para la retención hídrica del suelo.
· Placa de Richard para pFs superiores a 3.0 para la retención hídrica del suelo.
· Permeámetro de carga constante para la obtención de la tasa de conductividad
hidráulica saturada del suelo.
· Aparato wet seiving para el cálculo de la estabilidad estructural de los agregados.
· Conductivímetro, phmetro y calcímetro de Bertrand para la conductividad
eléctrica, el potencial de hidrógeno y el contenido de carbonatos del suelo
respectivamente.
· Estufa de secado.
· Tamizadora automática, agitadores-calentadores y centrifugadora.
Para el trabajo de campo se dispone del siguiente instrumental:
· Vehículo todo terreno.
· Dos TDR300 Spectrum para la medición superficial del contenido de humedad del
suelo.
· TDR-Tektronix para la medición superficial y en perfil del contenido de humedad
del suelo.
· Cinco sondas Enviroscan para la medición en perfil y en continuo del contenido de
humedad del suelo. Se instalan de manera fija en cada una de las cuencas
experimentales.
· Cinco estaciones meteorológicas WatchDog en cada cuenca experimental. Mide
en tiempo real precipitación, temperatura, velocidad y dirección del viento,
evapotranspiración y radiación solar.
· GPS Leica para levantamientos topográficos del terreno.
· Infiltrómetros de anillos, de minidisco y de disco para la medición de la capacidad
de infiltración del suelo.
· Simulador de lluvia.
Para el trabajo de gabinete se dispone softwares (ARcGIS, SPSS, Excel, Surfer
8.0, Microstation, funciones de edafotransferencia), manuales de edafología, hidrología,
geomorfología, procesos erosivos y degradacionales en el Mediterráneo, guías
botánicas,…, y acceso a revistas científicas electrónicas.
Metodología
Trabajo de campo
El trabajo de campo está destinado a la recogida de datos directos de variables
relacionadas con el funcionamiento hidrológico y erosivo de una cuenca hidrográfica, las
relaciones suelo-agua-planta y la variabilidad espacio-temporal de las distintas variables a
investigar. El trabajo de campo puede ser dividido en semanal, anual y eventual.
· Trabajo de campo semanal:
Medida de la humedad del suelo, en sus primeros 10 cm, mediante la utilización del
TDR300, en cada uno de los puntos de muestreo distribuidos en todas las cuencas
experimentales para tal efecto. Esta toma de humedad se lleva a cabo en cada una de
estas cuencas cada dos semanas, de manera que cada cuenca experimental deberá
tener dos registros de humedad mensuales. Los meses de julio y agosto son la excepción
dado que en estos meses, por la falta de precipitaciones, los cambios en el contenido de
humedad del suelo son mínimos. Por ello, en cada uno de ambos meses, se procede a
realizar una única medición de humedad del suelo en cada cuenca.
Cada vez que es medida la humedad del suelo de las cuencas, son descargados
también los data-loggers de las estaciones meteorológicas y de las sondas de humedad
en perfil Enviroscan.
Los puntos de muestreo están señalados con estacas pintadas, que tienen escritas
el código de nomenclatura adjudicado. Periódicamente, habrá que repintar las estacas y
rescribir el código pues se deterioran con el agua y el sol.
En cada una de las cuencas experimentales, se instalarán parcelas experimentales
abiertas para el seguimiento de los procesos y mecanismos de generación de escorrentía
y movilización de sedimentos a escala de ladera. Estas parceles habrán de ser
chequeadas también en cada visita a cada una de las cuencas: observación de
desperfectos y medida y recogida de la escorrentía y los sedimentos existentes en el
depósito.
El material de campo necesario para cada salida de trabajo de campo semanal es
el siguiente:
- TDRs 300 para la medición de la humedad del suelo.
- Martillos, maza y maletín de herramientas.
- Ordenador portátil para la descarga de los data-loggers.
- Spray y rotuladores permanentes para las estacas.
- Nevera con tamiz y botes para recogida de escorrentía y sedimentos.
- Cámara fotográfica digital.
- Plantilla de humedad de la cuenca correspondiente.
- Repuesto de juego de pilas AAA medianas para el TDR300 y AA
medianas para la estación meteorológica. También para la cámara
fotográfica.
En cada una de las cuencas experimentales, más adelante, se construirán flumes
para la medición del caudal líquido y sólido generado por los eventos de precipitación, que
llevarán instalado instrumental para el control de dichas variables. Llegado el caso,
cuando se visiten cada una de las cuencas experimentales, se habrá de chequear este
instrumental.
· Trabajo de campo anual:
Recogida de las muestras de suelo en los puntos de muestreo seleccionados de
cada una de las cuencas experimentales. En principio, las muestras de suelo se toman de
los primeros 10 cm, limpiándose previamente la superficie del suelo de la hojarasca y/o
pedregosidad suelta que pudiera existir. En cada punto de muestreo, se lleva a cabo una
toma de muestra destruida en dos bolsas: una de las bolsas es para Córdoba, para el
análisis de las propiedades físicas, químicas y de retención hídrica (capacidad de campo
y punto de marchitez), y la otra, para el análisis de la estabilidad de los agregados, por lo
que deberán tomarse agregados enteros sin destruir. También en los puntos de muestreo,
se toma otra muestra pero no destruida, en tres cilindros de 100 cm3. Esta toma de
muestras se realiza en febrero de cada año del proyecto: febrero de 2007, febrero de
2008 y febrero de 2009.
Material de campo para la recogida de muestras:
- Martillos y paletas.
- Cilindros.
- Bolsas de plásticos.
- Tablitas y gomillas para los cilindros.
- Nevera y mochilas para el transporte de las muestras.
· Trabajo de campo eventual:
Aquel destinado a recabar información de cualquier variable, necesaria para
cualquier investigación que se esté llevando a cabo.
Nomenclatura de los puntos de muestreo
Cada punto de muestreo de las cuencas experimentales, se encuentra nombrado
por un código que atiende a una nomenclatura, que será invariable para toda la duración
del proyecto y para cualquier variable medida.
El código está constituido por:
- Dos letras referentes a las cuencas experimentales: Gaucín  GA; Benahavís 
BH; Almogía  AM; Berja  BJ; Gérgal  GE.
- Dos dígitos relativos al número del punto de muestreo: punto 1  01; punto 16 
16, etc.
- En las muestras de suelo, en bolsas y en cilindros, se añadirán otros dos dígitos,
separados por un guión del número del punto de muestreo, relativos al año de la toma de
muestras: 2007  07; 2008  08; 2009  09.
Por ejemplo, el punto de muestreo 16 en cada una de las cuencas sería:
GA16, BH16; AM16; BJ16; GE16.
Y por ejemplo, la muestra de suelo del punto de 16 de cada una de las cuencas del
año 2007 sería:
GA16-07; BH16-07; AM16-07; BJ16-07; GE16-07.
Trabajo de laboratorio
Una vez recogidas las muestras de suelo y llegados al laboratorio, una de las
series de muestras en bolsas se preparan para llevar al laboratorio de Córdoba. A estas
muestras, se les aplicarán las metodologías determinadas por el laboratorio de Córdoba,
a fin de obtener las siguientes propiedades edáficas:
- Propiedades físicas: contenido de gravas (total, >10 mm, 5 a 10 mm y 2 a 5 mm),
textura (tipo de textura y contenidos de arenas, limos y arcillas), porosidad,
densidad aparente, densidad real.
- Propiedades químicas: contenido de materia orgánica, contenido de carbonatos,
contenido de sales, grado de saturación, capacidad de intercambio catiónico.
- Propiedades hídricas: contenido de agua del suelo en estado de capacidad de
campo y punto de marchitez.
La otra serie de muestras en bolsas se abren y se vierten sobre las bandejas de
aluminio (a las que se les escribe la nomenclatura de la muestra) ordenándolas por orden.
Estas muestras deberán dejarse secar un mínimo de tres a cuatro días, dependiendo de
la humedad que contengan, antes de iniciar su procesado.
- Estabilidad de agregados
Una vez secadas al aire las muestras, serán tratadas para analizar la estabilidad de
los agregados mediante la utilización del aparato wet sieving. La estabilidad de los
agregados indica la resistencia de la estructura del suelo frente a fuerzas mecánicas o
físico-químicas. La estructura del suelo es uno de los principales factores controladores
del crecimiento de las plantas por su influencia sobre la penetración de las raíces, la
temperatura y la difusión de los gases, la circulación y retención de agua o la germinación.
La estructura del suelo se define como la agrupación de partículas primarias de
suelo en otras secundarias denominadas agregados, que están separadas mediante
superficies de debilidad. La textura, la estructura y el tipo de mineral de la arcilla, el tipo y
contenido de materia orgánica, los agentes cementantes y el uso del suelo influyen en la
estabilidad de los agregados.
Entre las fuerzas destructivas de los agregados están el arado, el peso de la
maquinaria agrícola, el paso de animales y el impacto de las gotas de lluvia. Las fuerzas
físico-químicas son por ejemplo el slaking, la humectación-desecación, la dispersión y
floculación. El slaking es el proceso de ruptura de la estructura bajo la influencia de la
humectación de los agregados del suelo debido al hinchamiento de los minerales de
arcillas, disolviendo los agentes cementantes, reduciendo el contenido de aire o la succión
de agua de los poros. El slaking puede resultar en la formación de costras superficiales, la
reducción de la infiltración del agua y el favorecimiento de las pérdidas de sedimento
ladera abajo por el arrastre de la escorrentía superficial.
El análisis de la estabilidad de los agregados suministra información acerca de: la
degradación, erosión y conservación de suelo, los problemas de salinización, el deterioro
de la estructura del suelo o la sensibilidad de los suelos a la erosión eólica.
El procedimiento a seguir es el análisis de la estabilidad del agregado en húmedo,
basándose en el principio que establece que el agregado inestable se rompe más
fácilmente que el estable cuando se sumerge en agua. En nuestro caso, la estabilidad de
los agregados se mide en aquéllos de menos de 0.5 mm, de 0.5 a 1 mm y de 1 a 2 mm.
Para determinar la estabilidad, ocho tamices son llenados con agregados. Estos tamices
se colocan en los huecos del aparato wet sieving, el cual se moverá arriba y abajo durante
un periodo de tiempo predeterminado. Los agregados caerán a través del tamiz y se
recogen en el bote lleno de agua colocado debajo de cada uno de los tamices. Después,
los botes son reemplazados por otros nuevos llenos de agua. Ahora, todos los agregados
están destruidos. Granos de arena y raices quedan en el tamiz y sólo se tienen en cuenta
los agregados estables. Después de secar los botes con los agregados, el peso de ambos
agregados estables e inestables pueden ser determinados. Dividiendo el peso de los
agregados estables sobre el peso total de los agregados, se obtiene un índice para la
estabilidad de los agregados. Para prevenir la ruptura de los agregados cuando se
coloquen en los tamices dentro de los botes llenos de agua, los agregados pueden prehumedecerse con vapor de agua usando un pulverizador.
Este análisis se lleva a cabo por el siguiente procedimiento:
1) Pesar los agregados en seco antes introducirlo en el tamiz. Pesar también los
botes.
2) Humedecer los agregados con el pulverizador e introducirlos en los tamices de 2
mm de luz.
3) Colocar los tamices en el soporte de los tamices.
4) Colocar los botes pesados (tener en cuenta la numeración).
5) Colocar el soporte de los tamices en posición de build-in stop.
6) Añadir suficiente agua destilada en los botes para cubrir los agregados. Los
botes pueden ser llenados a través del orificio especial para tal fin en el soporte de los
tamices.
7) Coloca el soporte de tamices en el segundo nivel o agujero del eje central.
8) Comprobar si el botón está en posición de “Off” y enchufar el aparato a la red
eléctrica.
9) Activar el motor llevando el botón a la posición “3 minutos” y el soporte de
tamices bajará y subirá durante este tiempo. Al final de este tiempo, el motor se para
automáticamente.
10) Elevar el soporte de tamices sobre el nivel de agua y colocarlo en el primer
agujero del eje. Cuando de caer agua de los tamices, poner el bote en una bandeja
(contiene fragmentos de agregados que se han roto y que han pasado a través de la luz
del tamiz).
11) Reemplazar esos botes por otros vacíos.
12) Llenar los nuevos botes con una solución dispersante. Si el suelo tiene un
pH>7 la solución será de 2 g. de hexametafosfato sódico por litro; si el pH <7, la solución
será 2 g de hidróxido de sodio por litro. Por este motivo, antes de empezar con el análisis
de la estabilidad de los agregados, deberá obtenerse el pH de al menos 5 muestras de
suelo por cada cuenca experimental y tomar como dato el promedio.
13) Colocar el soporte de los tamices en el segundo agujero del eje.
14) Activar el motor poniendo el interruptor en la posición “Continue” hasta que sólo
queden en el tamiz partículas de arena sueltas y raices. Si algunos agregados quedan
estables después de 5 a 8 minutos de tamizado en la solución dispersante, parar el
tamizado mediante la colocación del interruptor en Off y, a continuación friccionarlos con
algo de goma hasta que se rompan.
15) Continuar con el tamizado hasta que los materiales más pequeños hayan a
travesado el tamiz.
16) Levantar el soporte de los tamices hasta el primer agujero del eje. Cuando deje
de caer solución dispersante desde los tamices, coger los botes numerados y colocarlos
en otra bandeja. Estos botes contienen las partículas de los agregados que eran estables,
excepto para las partículas de tierra demasiado grandes para atravesar el tamiz.
17) Ambos botes de una misma muestra se colocan en una estufa a 110 ºC hasta
que toda el agua se haya evaporado.
18) El peso de los materiales de cada bote (P1) se determina pesando el bote, más
su contenido (P2), y substrayendo el peso del bote (P3): P1 = P2 – P3. En los botes que
estaban llenos de solución dispersante, habrá 0.2 g de soluto junto con el suelo.
Consecuentemente, habrá que restar a P1, 0.2 g  P1d = P2 – P3 – 0.2
20) La fracción estable de agregados es igual al peso del suelo obtenido en la
solución dispersante (P1d) dividido por la suma de los pesos obtenidos en la solución
dispersante y en el agua destilada. F.E. = P1d / (P1d + P1).
Se procede de igual manera con los tamices de 1 y 0.5 mm. De este modo, se
obtendrá la fracción estable de:
Tamiz de 2 mm  agregados estables > 2 mm.
Tamiz de 1 mm  agregados estables de 1 a 2 mm.
Tamiz de 0.5 mm  agregados estables de 0.5 a 1 mm.
Por cada muestra de agregados de suelo, deben hacerse tres pruebas para cada
tamiz, siendo el valor final de la fracción estable, el promedio de las tres. La fracción
estable general del suelo será el promedio de los promedios de los tres tamices.
- Retención hídrica en saturación y conductividad hidráulica saturada
Las muestras de suelo recogidas en cilindros sirven para la determinación de
algunas de sus propiedades hídricas: la capacidad máxima de retención hídrica del suelo,
es decir, en estado de saturación, y para la conductividad hidráulica saturada (Ksat).
Las propiedades hídricas de los suelos son el resultado de la interacción de las
propiedades edáficas (físicas, químicas y biológicas), además de la combinación de otros
factores: clima, relieve, vegetación, actividad humana. La textura y la estructura del suelo
son las que ejercen una mayor influencia en la dinámica hídrica del suelo. Debido a la
interacción entre estas variables, el suelo se comporta como una medio poroso y por ello
presenta la dualidad, por un lado, de retener el agua en sus poros y, por otro, de permitir
su circulación, en función de sus características físicas y del contenido y estado
energético de esa agua.
El agua en el suelo se encuentra sometida a un conjunto de fuerzas
(gravitacionales, matriciales, osmóticas, neumóticas). Este estado energético del agua en
el suelo es variable según su contenido de agua (), expresado normalmente en forma
volumétrica (cm3 cm-3) o porcentual. El agua contenida en el suelo ocupa su sistema
poroso, el cual depende de la distribución granulométrica o textura y ello determina que el
estado energético del agua se vea directamente influido por la matriz (fuerza matricial).
Esto es expresado mediante el potencial matricial, que indica la succión o tensión a la que
se somete el agua, medida en KPa o MPa, aunque normalmente se emplea la notación
pF, logaritmo del potencial matricial expresado en centímetros de agua (MartínezFernández, 1996). Este potencial indica el trabajo que hay que realizar para succionar el
agua de la matriz porosa del suelo (es decir, la raíz vegetal). El potencial, expresado
como carga hidráulica (), indica la energía potencial asociada a la cantidad de agua
contenida en el suelo:
 = g ρ (z – h)
 Potencial hidráulico, g es la aceleración de la gravedad, ρ es la densidad del
agua, z es la altura sobre un punto determinado y h es la fuerza de capilaridad. La señal
negativa indica una succión y es representada por la altura a la que el agua podría ser
atraída por capilaridad.
Si todo el sistema poroso del suelo está ocupado por agua (suelo saturado), la
succión por capilaridad no se produce y es reemplazada por una presión hidrostática
positiva h, que representa la altura del agua suprayacente afectada por la gravedad, la
cual se mueve hacia las partes bajas del suelo, y es definida por la altura a la cual el agua
quedaría en un tubo sobre el punto z. Bajo estas condiciones el potencial hidráulico debe
incrementarse, por ello el signo es positivo:
 = g ρ (z + h)
 potencial hidráulico, g es la aceleración de la gravedad, ρ es la densidad del
agua, z es la altura sobre un punto determinado y h es la fuerza de capilaridad. Por eso, el
agua está sometida fundamentalmente a la fuerza de la gravedad y la matricial es inferior.
El agua almacenada en el sistema poroso del suelo puede estar ocupando poros
de tamaños diferentes y en cada uno de ellos es sometido a la acción del campo de
fuerzas, cuyas magnitudes también dependen a su vez de ese tamaño. La humectación y
desecación del suelo va poniendo en juego a las distintas fuerzas que determinan el
estado energético del mismo y la circulación del agua por su perfil, relacionándose el
estado energético del agua en el suelo con su contenido de agua, quedando plasmada
esa relación en la curva de retención hídrica (Φ = f ()). Esta función refleja la capacidad
de un suelo para retener agua por medio de la succión o tensión ejercida. Dependiendo
del tamaño del poro ocupado por el agua y, por tanto, de las fuerzas a las que se somete,
es posible diferenciar regiones en el rango del contenido de agua retenida por el suelo.
Así, el agua almacenada en los micro-poros (<0,5 m) se encuentra ligada a las
partículas de suelo por fuerzas moleculares y no actúa en el sistema hidrológico; el
contenido de humedad por debajo del cual tiene lugar este fenómeno, se denomina punto
de marchitamiento permanente y representa teóricamente un agua no útil para el
consumo hídrico de la vegetación. El agua que ocupa los meso-poros (0,5<d<50 m) es
sometida a las fuerzas capilares que ejercen un efecto de succión; el contenido de
humedad por debajo del que ocurre este fenómeno recibe el nombre de capacidad de
campo y sí es aprovechable por la vegetación. Por último, el agua de los macro-poros
(>50 m) es sometida fundamentalmente a la fuerza de la gravedad; si todos estos se
llenan de agua, se dice que el suelo está saturado. Además de estos puntos de la curva
de retención, se define también el agua higroscópica que es aquélla que forma parte de
las moléculas de las sustancias químicas del suelo y que en ningún caso puede ser
absorbida por las plantas. Debemos apuntar que estos conceptos en realidad no se
corresponden con puntos exactos de la curva sino que más bien son franjas a lo largo de
las cuales progresivamente van actuando unas fuerzas y dejando de hacerlo otras. No
obstante, cada uno de estos rangos está definido por una tensión o pF (tabla 1.1)
Principales puntos de la curva de retención hídrica del suelo:
Punto de marchitamiento
Capacidad de campo
Punto de saturación
Tamaño de poros (m)
<0.5
0.5 - 50
>50
pF
4.2
1.7 a 2.7*
0.0
Cada suelo tiene una curva y unos puntos de marchitamiento, capacidad de campo
y saturación característicos, dependientes de sus rasgos matriciales fundamentalmente,
de ahí que también esta función reciba el nombre de curva característica de humedad.
Esta curva obtenida a partir de un proceso de desecación es diferente a la obtenida
mediante un proceso de humectación, pues el contenido de agua de un suelo, bajo una
tensión dada, es mayor cuando se está secando que cuando se está humedeciendo. Este
fenómeno se denomina histéresis.
En el laboratorio, se va a calcular el volumen de agua retenida por el suelo en esta
do de saturación o pF 0.0 y en pF 0.4. La capacidad de campo y el punto de marchitez
serán obtenidos en el laboratorio de Córdoba.
Por otro lado, el movimiento del agua en el suelo también está controlado por su
estado hídrico. Existe una tercera variable que depende también de ese estado, es la
conductividad hidráulica (K) -medida en mm min-1, cm h-1 o m día-1-, que es el factor de
proporcionalidad de la ley de Darcy aplicada al flujo viscoso de agua en el suelo por
unidad de gradiente hidráulico, expresando la capacidad de un medio poroso, el suelo,
para transmitir agua:
υ = -K grad 
υ es la velocidad de flujo a lo largo de una línea de máximo gradiente potencial, K
es la conductividad hidráulica del medio, y grad  es el gradiente de potencial con el
signo negativo indicando el movimiento desde un potencial alto a otro bajo.
La conductividad hidráulica saturada representa la capacidad máxima del suelo
para hacer fluir el agua en su interior. Pero los suelos normalmente no presentan todo su
sistema poroso lleno de agua, sino que se hallan en un régimen no saturado; entonces, la
conductividad hidráulica no saturada refleja la aptitud de ese suelo para redistribuir la
humedad internamente y con el medio que le rodea. En este régimen se asume que el
flujo no saturado que fluye en los suelos, está gobernado por las mismas leyes que se
aplican al flujo saturado, y debe tenerse en cuenta además que una porción de los suelos,
está llena de aire. El transporte de agua se ve influenciado por la pérdida de continuidad
de poros con agua y la conductividad hidráulica deja de ser constante. Esto ocurre porque
los poros por los que circula el agua son más pequeños y, de acuerdo con la ley de
Poiseulle, el caudal que fluye es proporcional a la cuarta potencia del radio, por lo que los
poros de mayor tamaño llenos de agua son los que más contribuyen al flujo. La relación
de este flujo con el tamaño del poro y la presencia de agua permite relacionar la
conductividad hidráulica tanto con el potencial o estado energético del suelo, como con el
contenido de humedad. De este modo, se ha definido la llamada curva de conductividad
hidráulica bien como función del potencial (K = f (Φ)), bien como función del contenido de
humedad (K = f ()). A causa de esta relación entre la humedad y la conductividad
hidráulica no saturada, expresada mediante una curva, la conductividad sufre de igual
forma el fenómeno de histéresis, es decir, su magnitud será diferente si el suelo se está
secando o si se está humedeciendo.
La ecuación de Darcy también es adecuada para describir el flujo no saturado
cuando no varía el contenido de agua del suelo en el tiempo, según Buckingham. Sin
embargo, esto ocurre pocas veces en la realidad, pues los procesos de humectación y
desecación en el suelo tienen lugar de forma que el contenido de agua y el potencial
matricial son función del punto y momento considerados. Se trata de flujos en estado no
estacionario, cuya descripción requiere el correspondiente desarrollo matemático para
llegar a establecer la ecuación de continuidad, basada en el principio de conservación de
energía (total acumulado igual a variación del contenido de agua en relación al tiempo y al
espacio), y que relaciona la tasa de cambio en el tiempo de la humedad con la ratio de
cambio espacial del caudal en un volumen de suelo elemental.
El procedimiento para la obtención de la retención hídrica del suelo a pF 0.0 y 0.4 y
la tasa de conductividad hidráulica saturada será el siguiente.
Una vez llegados del campo, una de las tapas de los cilindros se retira y se colocan
ordenados en las estanterías. Por cada punto de muestreo hay tres cilindros a los cuales
se les hará el siguiente tratamiento para obtener la tasa de conductividad hidráulica
saturada y la capacidad de retención hídrica en estados de pF0.0 (saturación) y pF0.4:
1) Introducir el cilindro en la bandeja de saturación para obtener la capacidad de
retención hídrica del suelo a pF0.0 (máxima retención). El agua debe cubrir el cilindro tres
centímetros. Pasados cuatro días, se pesa el cilindro durante unos tres días y se anota el
peso final.
2) A continuación, será el contenido de agua retenido a pF0.4 lo medido. Se rebaja
el nivel de agua hasta que cubra 1 cm de altura del cilindro. Se esperan otros tres días
para que se estabilice la relación agua-suelo y cada día se pesa el cilindro hasta que su
peso sea estable (suelen ser unos tres días). Se anota el peso final.
3) Una vez finalizado lo anterior, los cilindros van pasando al permeámetro de
carga constante para la determinación de la tasa de conductividad hidráulica saturada. El
procedimiento a seguir en el permeámetro es el siguiente:
- Introducir los cilindros en los contenedores y esperar el tiempo necesario hasta
que el nivel de agua interior del contenedor se iguale con el nivel exterior.
- Medir el nivel de agua inicial en el interior del contenedor.
- Conectar con el tubo de pvc, el contenedor del cilindro con el desagüe.
- Cerrar la llave de paso de la bureta reglada cuando el goteo sea constante.
- Iniciar el tiempo de cronometraje cuando el nivel de agua llegue a cero.
- Anotar en la plantilla correspondiente el volumen de agua indicado por el nivel en
la bureta, cada 30 segundos, hasta 5 minutos o, en caso de que no se alcance una tasa
constante, hasta que lo sea. En caso de que se llene de agua la bureta debido a una
elevada tasa de conductividad, parar el crono, vaciar la bureta y continuar.
- Sacar los cilindros del permeámetro y llevar a la hoja de Excel los datos obtenidos
para el cálculo de la tasa de conductividad hidráulica saturada. El valor final de esta
variable será el promedio de los tres cilindros de cada punto de muestreo.
4) Por último, el cilindro es dejado una bandeja al aire para que pierda gran parte
del agua que retenía el suelo, siendo al final introducido en la estufa para su completa
desecación. Esta tiene lugar dejando las muestras de suelo dentro de la estufa durante al
menos 24 horas a 110 ºC. Después de sacar las muestras de la estufa, se dejan enfriar y
se pesan (a este peso hay que restarle el del cilindro, la gomilla y la tela). A continuación,
se tira el suelo que contiene el cilindro, éste se lava, se seca y se borra la nomenclatura
escrita.
Para obtener la humedad volumétrica retenida por el suelo, se relaciona el peso
obtenido para el suelo a pF0.0 y 0.4 con el peso seco.
Trabajo de gabinete
Organización de la información
El trabajo de gabinete es en términos básicos y mínimos pasar al pc los datos de
humedad del suelo y de los análisis de las propiedades edáficas, y elaborar cada seis
meses un informe de los resultados obtenidos en este periodo de tiempo, a entregar a
Cuenca Mediterránea Andaluza.
Toda la información relativa al proyecto Hydrosur debe estar en el disco duro del
servidor del proyecto. En este servidor, hay una serie de carpetas clasificadas según las
temáticas y las cuencas experimentales.
Tanto las medidas de humedad de cada cuenca experimental como las
propiedades edáficas realizadas en Málaga, tienen su propia plantilla.
Una vez se pasen los datos de campo y laboratorio al pc de cada becario, se
pasará posteriormente al pc de Juan Francisco, y de este al servidor central, para que
Juan Antonio (informático) actualice la página web. Y una vez por semana, se hará una
copia de seguridad.
Las plantillas de humedad rellenadas en campo, se archivan como copias de
seguridad ante “catástrofes” informáticas. Igualmente, una vez recopilada toda la
información de los análisis de laboratorio de las propiedades edáficas, ha de imprimirse y
ser archivada para evitar su pérdida por los mismos motivos.
Labor y horario de los becarios
La labor de los becarios del proyecto de investigación en Málaga, es en términos
mínimos la siguiente:
- Visitar cada una de las cuencas experimentales al menos dos veces por mes,
suponiendo 5 días de campo cada dos semanas, para la medición del contenido de
humedad del suelo y descargar los data-loggers.
- Llevar a cabo los análisis de las muestras de suelo recogidas, en el laboratorio,
acerca de la estabilidad de los agregados, la retención hídrica del suelo en estado de
saturación y la conductividad hidráulica saturada. Está información debería estar
terminada antes de la recogida de las nuevas muestras de suelo, al año siguiente.
La labor del becario del proyecto de investigación en Córdoba, es en términos
mínimos efectuar los análisis necesarios para la obtención de información edáfica acerca
de: contenido de gravas, textura, porosidad, densidad real y aparente, contenido de
materia orgánica, carbonatos, salinidad, pH, capacidad de intercambio catiónico y grado
de saturación. Está información debería estar terminada antes de la recogida de las
nuevas muestras de suelo, al año siguiente.
El horario de trabajo es variable. El horario de los días de campo está condicionado
por la distancia a recorrer y el trabajo a realizar en la cuenca correspondiente. En días sin
salidas de campo, el horario del trabajo a desarrollar en el laboratorio o en el despacho es
7 horas diarias, continuas o partidas. En cuanto al horario del laboratorio de Córdoba,
lógicamente estará condicionado por el timing de los análisis.
Líneas de investigación
Además de la labor mínima anterior, necesaria para mantener en funcionamiento la
página web del proyecto Hydrosur, se recomienda que el becario comience a desarrollar
paralelamente su labor investigadora en alguno de las siguientes líneas de investigación
que el proyecto permite:
- Indicadores de degradación del sistema eco-geomorfológico ante un cambio
climático (aridización) mediante el análisis de algunas propiedades del suelo: estabilidad
de agregados, materia orgánica, retención hídrica, permeabilidad y/o humedad del suelo.
- Relaciones suelo-agua-planta, estrés hídrico en la vegetación y el suelo, consumo
hídrico y agua útil, adaptaciones al cambio climático (aridización), variaciones espaciales
y temporales en la vegetación.
- Funcionamiento hidrológico y erosivo, variabilidad espacial y temporal de la
generación de escorrentía y la movilización de sedimentos a escala de micro-ambiente,
parcela, ladera y cuenca.
- Factores de variabilidad espacial y temporal de las propiedades del suelo.
Entre otras que puedan desarrollarse.