Reconstrucción y análisis geomorfológico de la avenida de junio de 2013 entre Arties y Vielha (Val d’Aran): estudio del riesgo residual y dinámica del Garona

Màster Oficial en Recursos Minerals i Riscos Geològics, Universitat de Barcelona - Universitat Autònoma de Barcelona, Facultat de Geologia, any: 2014, Tutora: Gloria Furdada BellavistaEl riesgo de inundaciones es uno de los desastres naturales más peligrosos en zonas de alta montaña. Este trabajo analiza cualitativamente el riesgo residual del tramo del Garona entre Arties y Vielha (Val d’Aran) mediante la realización de la cartografía geomorfológica y de los efectos de la avenida en la zona de estudio. Los principales elementos geomorfológicos identificados son zonas de cauce, llanura aluvial, terraza aluvial y conos de deyección. En cuanto a los efectos, se han identificado erosión en los márgenes, zonas inundadas y zonas de acumulación. Se ha combinado esa información para evaluar el riesgo que sufre la zona en la actualidad debido a las modificaciones antrópicas, lo cual ha permitido valorar que el río tiende a recuperar su espacio vital. También se ha estudiado la dinámica del Garona. El análisis específico de múltiples indicadores de encajamiento muestra claras evidencias de una tendencia de la red de drenaje a la incisión vertical. De todos modos, se encuentran zonas de acumulación preferente que corresponden a las confluencias de tributarios con un alto transporte de material y/o a disminuciones de la pendiente del río principal. Los datos obtenidos permiten calcular una tasa de encajamiento del Garona de 1,07 mm/año desde el último periodo glacial del Pleistoceno

Dendrogeomorphological evidence of flood frequency changes and human activities (Portainé basin, spanish Pyrenees)

The Portainé mountain catchment, containing the Port Ainé ski resort (Lleida, Spanish Pyrenees), displays active erosional and depositional phenomena caused by periodic torrential floods. These events present a potential risk and incur significant economic losses. In ungauged remote catchments (like Portainé), trees might be the only paleohydrological source of information regarding past floods. Thus, we estimated the temporal and spatial distribution of torrential floods by dendrogeomorphological techniques to assess whether human impact (land-use changes and infrastructure works) affected their frequency and magnitude. One-hundred and sixty-six samples from 67 trees belonging to 10 different species were analyzed; past flood events of the last 50 years were identified by dating and relating evidence between them. Moreover, a detailed geomorphological study was performed and the available historical data compiled. Our multi-evidence analysis provides new insight into the occurrence of paleofloods. Changes in flood frequency since 2006, especially from 2008, suggest that the geomorphological equilibrium has been disturbed, coinciding with both major earthworks within the ski resort and intense but not extraordinary rainfall. This conclusion has important implications for land planning and the design of future projects in the mountain watersheds

Geomorphic impact and assessment of flexible barriers using multi-temporal LiDAR data: The Portainé mountain catchment (Pyrenees)

Multi-temporal digital elevation models (DEMs) obtained from airborne LiDAR surveys are widely used to detect geomorphic changes in time and quantify sediment budgets. However, they have been rarely applied to study the geomorphic impact of engineering structures in mountain settings. In this study, we assessed the influence and behavior of flexible sediment retention barriers in the Portainé catchment (Spanish Pyrenees), using three LiDAR data sets (2009, 2011 and 2016) that covered a 7-year period. Densely forested mountainous areas present some limitations for reliable DEM analysis due to spatial variabilities in data precision, accuracy and point density. A new methodological approach for robust uncertainty analysis along channels, based on changes in cross-sectional elevations, was used to discriminate noise from real geomorphic changes. The obtained results indicated that erosion occurs along most reaches covering a large area, whereas deposition is localized in specific areas such as those upstream of sediment retention barriers and in the debris cone. Despite the presence of 15 flexible sediment retention barriers, the channels presented net degradation during both 2009-2011 and 2011-2016, with 2838 and 147m3 of material exported from the basin, respectively. For the same periods, the barriers retained 33% and 25% of the total deposition (up to 1300m3 per barrier), respectively, but also induced lateral and downstream incision, the latter reaching 703m3 for a single barrier. We detected a horizontal displacement of the net of up to 1.2m in filled barriers, resulting from net flexion. The interference of the natural river evolution by defense measures has resulted in a complex erosion-deposition pattern. The presented methods show high potential for the hydrogeomorphic study of mountain catchments, especially for a high-resolution assessment of flexible barriers or other engineering structures in remote areas

Long-term entrenchment and consequences for present flood hazard in the Garona River (Val d'Aran, Central Pyrenees, Spain)

On 18 June 2013, a damaging flood of the Garona River (Val d'Aran, Central Pyrenees, Spain) caused losses exceeding EUR 100 million. Few studies have related flood events to the geologic, tectonic and geomorphologic context. This study deals with both short- and long-term processes by studying the upper reach of the Garona River on different timescales and space scales. There has been a clear entrenchment tendency of the drainage network since the Miocene. Post-orogenic exhumation and uplift of the Axial Pyrenees determines the recent and active tectonics of the area and leads to fluvial incision. The last Upper Pleistocene glaciation affected Val d'Aran and gave rise to a destabilization period during the glacial-interglacial transition, marked by a postglacial incision tendency. Mean entrenchment rates between 0.68 and 1.56 mm yr−1 since deglaciation have been estimated. The assessment of the 2013 flood, characterized by the predominance of vertical incision and bank erosion, suggests that the long-term tendency of the fluvial system is reflected in short-term processes. The study of the geologic and geomorphologic evolution, combined with the analysis of this 30-50-year return period flood event, helps to improve flood risk management by providing contextual information that can constrain predictions and help guide choices and decisions. In fact, the millennial entrenchment tendency is shown at the human scale, which is considered useful for river management, but could be imperceptible in detailed hydrodynamic and channel morphology studies that describe river dynamics mostly at the 10-15-year timescale

Four-topic correlation between flood dendrogeomorphological evidence and hydraulic parameters (the Portainé stream, Iberian Peninsula)

Torrential floods are hazardous hydrological phenomena that produce significant economic damage worldwide. Flood reconstruction is still problematic in ungauged mountainous areas due to the lack of systematic data, so indirect techniques are required. This paper presents an integrated palaeoflood study of a Pyrenean stream that combines fluvio-torrential geomorphology, dendrogeomorphology, palaeoflood discharge estimation and flow hydraulics. The use of a total station and airborne LiDAR data allows detailed topography for geomorphological mapping and running a one-dimensional hydraulic model. Based on the height of scars on several damaged trees, we obtained palaeodischarges of 316 m3 s−1 and 314 m3 s−1 for the 2008 and 2010 floods. The hydraulic parameters were related to the geomorphic position of trees, showing a positive relation between most energetic geomorphic elements and both flow depth and velocity values. The most affected trees are located in intermediate energy geomorphic positions. Analysing variation in scar height and flow stage differences, we suggest that most reliable trees for peak discharge estimation correspond to those in areas related with fluvio-torrential processes of intermediate energy. This multidisciplinary palaeohydrological study relates flood hydrodynamics with the damage to trees and their geomorphological characteristics, focusing on the hydraulic parameters of the peak flow (depth, velocity and unit stream power), which has never been performed before. The proposed approach shows strong potential for palaeoflood analysis in ungauged mountain catchments with scarce nonsystematic data

Flood Consequences of Land‐Use Changes at a Ski Resort: Overcoming a Geomorphological Threshold (Portainé, Eastern Pyrenees, Iberian Peninsula)

The sensitive mountain catchment of Portainé (Eastern Pyrenees, Iberian Peninsula) has recently experienced a significant change in its torrential dynamics due to human disturbances. The emplacement of a ski resort at the headwaters led to the surpassing of a geomorphological threshold, with important consequences during flood events. Consequently, since 2008, channel dynamics have turned into sediment‐laden, highly destructive torrential flows. In order to assess this phenomenon and to acquire a holistic understanding of the catchment's behaviour, we carried out a field work‐based multidisciplinary study. We considered the interaction of the various controlling factors, including bedrock geology, geomorphological evolution, derived soils and coluvial deposits, rainfall patterns, and the hydrological response of the catchment to flood events. Moreover, anthropogenic land‐use changes, its consequential hydrogeomorphic effects and the role of vegetation were also taken into account. Robust sedimentological and geomorphological evidence of ancient dense debris flows show that the basin has shifted around this threshold, giving rise to two different behaviours or equilibrium conditions throughout its history: alternating periods of moderate, bedload‐laden flows and periods of high sediment‐laden debris flow dynamics. This shifting could have extended through the Holocene. Finally, we discuss the possible impact of climate and global change, as the projected effects suggest future soil and forest degradation; this, jointly with more intense rainfalls in these mountain environments, would exacerbate the future occurrence of dense sediment‐laden flows at Portainé, but also in other nearby, similar basins

Integración de métodos para la caracterización hidrogeomorfológica de la actividad torrencial en una cuenca de montaña (Portainé, Pirineos Orientales)

La predicción de las avenidas torrenciales en zonas de montaña está limitada por la complejidad de las inestabilidades meteorológicas que las generan (tormentas convectivas con un fuerte efecto orográfico), la rápida respuesta hidrológica de las cuencas hidrográficas (avenidas súbitas) y la variabilidad de carga sólida de los flujos resultantes (acuosos, hiperconcentrados y de derrubios). Esto hace necesario buscar alternativas para determinar la actividad fluvio-torrencial de las cuencas y poder así evaluar su peligrosidad. Los métodos sistemáticos y paleohidrológicos presentan grandes dificultades en contextos montañosos debido a la falta de fuentes de datos completas y precisas. Llegados a este punto, la comprensión integral de un sistema pasa por adoptar una perspectiva holística que combine todas las evidencias disponibles en la zona y sus posibles métodos de análisis, correlacionando los resultados en función de la fiabilidad e incertidumbre de cada uno de ellos. El objetivo de este trabajo ha sido desarrollar e integrar la mayor cantidad de métodos posibles para caracterizar la actividad hidrogeomorfológica de la cuenca de Portainé (Pirineos Orientales), la cual presenta un alto riesgo torrencial. Dada la envergadura del estudio, éste se ha realizado en dos fases: a escala de cuenca y a escala de red de drenaje. Por un lado, se ha caracterizado la cuenca en su conjunto con métodos estructurales, sedimentológicos, geomorfológicos, históricos, dendrocronológicos y pluviométricos, así como la cartografía de coberturas del suelo ampliamente reconocidos. Esto ha permitido recopilar y analizar los flujos torrenciales y las alteraciones antropogénicas de las últimas décadas. Por otro lado, se han estudiado en detalle los cambios temporales y las avenidas extraordinarias en los torrentes principales mediante datos multi-temporales de LiDAR aéreo y modelizaciones hidráulicas, respectivamente. En este caso, se ha detectado que las aproximaciones convencionales generan grandes incertidumbres al aplicarse en cuencas de monaña sin series precisas de aforos ni lluvias. Para hacer frente a este reto, se han desarrollado dos procedimientos metodológicos novedosos. El primero consiste en un análisis de modelos digitales de elevaciones (MDEs) secuenciales que considera que los errores son espacialmente variables entre secciones transversales al canal. El segundo combina geomorfología, dendrogeomorfología, hidráulica e hidrodinámica para obtener una reconstrucción más fidedigna de las avenidas modelizadas. Las investigaciones llevadas a cabo conllevan nuevos avances paleohidrológicos en cuencas densamente forestadas, no aforadas y de carácter torrencial. En el campo de la teledetección, se ha conseguido discernir de forma más efectiva entre los errores de los MDEs y los cambios geomorfológicos reales, pudiendo cuantificar fiablemente la magnitud y patrón de los fenómenos de erosión-acumulación y optimizar los cálculos volumétricos del balance sedimentario. Además, se ha estimado el impacto geomorfológico de las barreras flexibles de retención de sedimentos, aportando así nuevas herramientas para la evaluación de la efectividad y estabilidad de este tipo de estructuras en terrenos de difícil acceso. Respecto a la reconstrucción de paleoavenidas mediante evidencias dendrogeomorfológicas, se ha inspeccionado la distribución de los daños externos en la vegetación en base a su posición geomorfológica y a la energía del flujo. También se han examinado las diferencias entre la altura de las heridas y la del flujo modelizado. Así, se ha identificado que las heridas más fiables para las estimaciones del caudal pico corresponden a los árboles situados sobre formas de energía intermedia (terrazas y conos aluviales), mientras que el lecho y las laderas están sujetas a mayores errores. Los resultados obtenidos indican que las cuencas pequeñas de montaña son altamente vulnerables a la actividad humana. En el caso de estudio, se ha detectado una intensificación de los procesos torrenciales en el siglo XXI, con un recurrencia anual de flujos torrenciales en la actualidad que difiere de la periodicidad media cercana a los 5 años que se registra durante el siglo XX. Teniendo en cuenta que no existen variaciones temporales de las precipitaciones desencadenantes, dicho fenómeno se debe a una alteración en las condiciones del terreno que resulta en una menor capacidad de intercepción de las aguas pluviales y una mayor escorrentía superficial. Estos factores han generado una ruptura del equilibrio geomorfológico, aumentando la capacidad erosiva de los torrentes, cuya evolución actual está condicionada por la interacción entre la dinámica fluvio-torrencial natural y las medidas de defensa. En conclusión, la integración de metodologías multidisciplinares permite una aproximación robusta al funcionamiento hidrogeomorfológico en cuencas carentes de fuentes de datos directos o con una limitada disponibilidad de evidencias indirectas. Un estudio de estas características requiere de una cuidadosa interpretación de los resultados dependiendo de las particularidades de la zona, pero su adaptación y extrapolación es viable para otros sistemas torrenciales montañosos.Flood forecasting in mountain areas is limited by the complexity of triggering meteorological instabilities (convective storms with high orographic influence), the rapid hydrological response of the watersheds (flash floods) and the variable sediment load of the resulting torrential flows (stream, hyperconcentrated or debris flows). Thus, in order to define fluvial and torrential activity for an adequate hazard assessment, a research for different alternatives needs to be done. Systematic and paleohydrological methods have additional drawbacks when applied to mountain environments lacking complete and accurate data sources. At this point, a comprehensive understanding of a system could be reported by adopting a holistic approach that combines all the available evidences in the area and their potential analysis methods, correlating the obtained results according to their reliability and uncertainty. The main objective of this work was to develop and integrate as many methods as possible to characterize the hydrogeomorphological activity of the Portainé catchment (Eastern Pyrenees), which shows high torrential risk. Given the scope of the study, it was divided in two stages depending on the subject under consideration: basin-scale and channel-scale assessments. On the one hand, the catchment was investigated in its entirety through widely tested structural, sedimentological, geomorphological, historical, dendrocronological, pluviometric and land-cover mapping methods. This allowed us to collect and analyse torrential flows and anthropogenic alterations that played out during last decades. On the other hand, temporal changes and extraordinary events along main torrents were reconstructed in detail using multi-temporal airborne LiDAR data and hydraulic modelling, respectively. In this case, large uncertainties arise from conventional techniques as long as mountain catchments lack of reliable discharge and rainfall time series. Two novel methodological approaches were developed so as to face this challenge. First, sequential digital elevation models (DEMs) were analysed accounting the spatial variability of errors on a section-by-section basis along channels. Second, a more consistent paleoflood reconstruction was obtained by combining geomorphology, dendrogeomorphology, flow hydraulics and hydrodynamics. This research involves new paleohydrological contributions for ungauged and densely forested torrential catchments. In the field of remote sensing, an effective appreciation of DEM errors and real geomorphic changes was achieved, which allowed magnitude and pattern of erosion-deposition phenomena to be quantified and sediment budget volumetric calculations to be optimized. Moreover, the geomorphic impact of flexible sediment retention barriers was also estimated, providing new tools for a high-resolution assessment of the behaviour, effectiveness and stability of engineering structures in remote areas that are hardly reached in the field. Regarding the dendrogeomorphic paleoflood reconstruction, the distribution of external disturbances was analysed in terms of their geomorphological position and flow energy. Differences between scar height and modelled water surface were also compared. This revealed that, while most reliable scars for peak discharge estimations are those from trees located on intermediate energy forms (alluvial terraces and fans), the riverbed and lateral slopes are prone to greater errors. The results achieved confirm that small mountain catchments are highly sensible to human activities. The study case shows that there has been an intensification of torrential processes in the 21st century, with an annual recurrence of torrential flows present-day. This tendency differs from the approximately 5-year interval recorded during the 20th century. Considering the non-variability in time of triggering rainfalls, this phenomenon must be related to changes in soil conditions, essentially resulting in lower rainfall interception and higher surface runoff. Those factors have provoked the geomorphological threshold to be exceeded and the transport capacity of the torrents to be increased. Their evolution is now strictly conditioned by the interaction of the natural river dynamics and debris flow protection measures. In conclusion, the integration of multidisciplinary methodologies enables a robust approximation to hydrogeomorphic behaviour in catchments lacking direct data or with limited indirect evidences. Even if such a study requires a thorough interpretation of the results according to site characteristics, it can also be adapted and extrapolated to other mountain torrential systems.Mendi inguruneetan garatzen diren uholdeen iragarpena oso mugatua da, batez ere ezegonkortasun meteorologiko sortzaileen konplexutasuna (efektu orografiko handiko ekaitz konbektikoak), arro hidrografikoen erantzun bizkorra (bat-bateko uholdeak) eta fluxuen sedimentu kontzentrazio aldakorra (urtsuak, hiperkontzentratuak edo debris flow motatakoak) direla eta. Hortaz, beste alternatiba batzuk bilatu behar dira arroetako mendi- erreken jarduera eta honi lotutako uholde-arriskugarritasuna zehaztu ahal izateko. Metodo sistematiko eta paleohidrologikoek, ordea, zailtasun handiak erakusten dituzte eremu hauetan aplikatzen direnean, ez baitago datu iturri zehatz edota osorik. Gauzak horrela, sistema baten ulermen integrala lortu nahi izanez gero beharrezkoa da ikuspuntu holistiko bat hartzea, tokian eskuragarri dauden ebidentziak eta dagozkien analisi-metodo guztiak erabiliz, eta lortzen diren emaitzak euren fidagarritasun eta ziurgabetasunaren arabera erlazionatuz. Lan honen helburua uholde-arrisku handia erakusten duen Portainé arroa (Ekialdeko Pirinioak) hidrogeomorfologikoki aztertzeko ahalik eta metodologia gehien garatzea eta integratzea izan da. Ikerketaren zabaltasuna kontuan izanik, bi fasetan burutu da: arro eskalara eta drainatze-sare eskalara. Alde batetik, arroa bere osotasunean ikertu da metodo estruktural, sedimentologiko, geomorfologiko, historiko, dendrokronologiko eta plubiometrikoetaz baliatuz, baita lurrazal-estalkiaren kartografiaren bitartez ere. Honi esker, azken hamarkadetako mendi- uholdeak eta eraldaketa antropogenikoak biltzea eta ezaugarritzea lortu da. Bestetik, LiDAR hegaldietako datuak eta modelizazio hidraulikoak erabiliz, ibaibideetako aldaketa tenporalak eta ohiz kanpoko uraldiak zehaztasunez aztertu dira, hurrenez hurren. Kasu honetan, ikuspegi klasikoek ur-emari eta prezipitazio datu-serie zehatz gabeko mendi arroetan ziurgabetasun ugari sortzen dituztela igarri da. Erronka horri aurre egiteko, bi prozesu metodologiko berri garatu dira. Lehenengoa lurzoruaren eredu digital (LED) sekuentzialen azterketa sakon bati dagokio, non euren erroreak ibilguaren zeharkako profiletik profilera espazialki aldakortzat jotzen diren. Bigarrenak geomorfologia, dendrogeomorfologia, hidraulika eta hidrodinamika bateratzen ditu modelizatutako uholdeen berregite zintzoago bat lortu nahian. Garatutako ikerketek pausu paleohidrologiko nabarmenak dakartzate landaredi dentsodun, emari estazio gabeko eta bat-bateko uholde izaeradun arroetarako. Teledetekzioaren alorrean, LEDen erroreen eta aldaketa geomorfologiko errealen arteko bereizketa eraginkorra lortu da, higadura-metaketa prozesuen magnitude eta banaketa hobeto kuantifikatzea ahalbidetuz, eta era berean, balantze sedimentarioaren kalkulu bolumetrikoak optimizatuz. Gainera, sedimentua atxikitzeko diseinatutako sare deformagarrien inpaktu geomorfologikoa zenbatu da. Honek, iristeko zailak diren tokietan kokatzen diren neurri estrukturalen eraginkortasuna eta egonkortasuna balioztatzeko irizpide berriak dakartza. Iraganeko uholdeak seinale dendrogeomorfologikoen bidez berreraikitzeari dagokionez, landarediak erakusten dituen kanpo-kalteen sakabanaketa euren posizio geomorfologikoaren eta ur korrontearen energiaren arabera aztertu da. Enborretako zaurien eta modelizatutako ur mailaren arteko altuera diferentzia ere neurtu da. Honela, muturreko emaria kalkulatzeko erabilitako zaurien artean fidagarrienak energia ertaineko formetan kokatzen direla ikusi ahal izan da, ubide eta magalek errore handiagoak ekartzen dituztelarik. Lortutako emaitzek mendi arro txikiek giza jarduerekiko duten kalteberatasun altua uzten dute agerian. Ikerketa tokian, XXI. mendean zehar uholdezko prozesuak zeharo biziagotu direla nabarmentzen da. Izan ere, gaur egun fluxuak urtero garatzen dira. XX. mendean, ostera, hauen maiztasuna 5 urte ingurukoa zen. Prezipitazio eragileen patroi aldaketarik ez dela eman kontuan izanda, gertakari honek lurzoruaren baldintzekin lotuta egon behar du. Hain zuzen ere, azken urteetan gauzatutako lurzoru erabilerek infiltrazio gaitasuna txikitu eta azaleko isurketa areagotu dute. Faktore guzti hauek oreka geomorfologikoa gainditzea ekarri dute, baserreken higadura ahalmena handituz. Beren egungo eboluzioa ibai-dinamika naturalaren eta defentsa neurrien arteko interakzioaren emaitza da. Ondorioz, metodologia multidisziplinarrak integratzea aukera ezinhobea da datu zuzen gabeko eta zeharkako-datu eskaseko arroen funtzionamendu hidrogeomorfologikoa era sendoan aztertzeko. Horrelako ikerketa bat gauzatu ahal izateko, ezinbestekoa da emaitzak ingurunearen ezaugarrien arabera arreta handiz interpretatzea. Hala ere, aurkeztutako lana gainerako mendi-sistemetara egokitu eta estrapolatu daiteke.La predicció de les avingudes torrencials en zones de muntanya està limitada per la complexitat de les inestabilitats meteorològiques que les generen (tempestes convectives amb un fort efecte orogràfic), la ràpida resposta hidrològica de les conques hidrogràfiques (avingudes sobtades) i la variabilitat de càrrega sòlida dels fluxos resultants (aquosos, hiperconcentrats i corrents d’arrossegalls). Això fa necessari buscar alternatives per determinar l'activitat fluvio-torrencial de les conques i així poder avaluar la seva perillositat. Els mètodes sistemàtics i paleohidrològics presenten grans dificultats en contextos muntanyosos per causa de la falta de fonts de dades completes i precises. Arribats a aquest punt, la comprensió integral d'un sistema passa per adoptar una perspectiva holística que combini totes les evidències disponibles a la zona i els seus possibles mètodes d'anàlisi, tot correlacionant els resultats en funció de la fiabilitat i incertesa de cada un d'ells. L'objectiu d'aquest treball ha estat desenvolupar i integrar la major quantitat de mètodes per caracteritzar l'activitat hidrogeomorfològica de la conca de Portainé (Pirineus Orientals), la qual presenta un alt risc torrencial. Donada l'envergadura de l'estudi, aquest s'ha realitzat en dues fases: a escala de conca i a escala de xarxa de drenatge. D'una banda, s'ha caracteritzat la conca en el seu conjunt amb mètodes estructurals, sedimentològics, geomorfològics, històrics, dendrocronològics, pluviomètrics i de cartografia de cobertes del sòl àmpliament reconeguts. Això ha permès recopilar i analitzar els fluxos torrencials i les alteracions antropogèniques de les últimes dècades. D'altra banda, s'han estudiat en detall els canvis temporals i les avingudes extraordinàries en els torrents principals mitjançant dades multi-temporals de LiDAR aeri i modelitzacions hidràuliques, respectivament. En aquest cas, s'ha detectat que les aproximacions convencionals generen grans incerteses a l’aplicar-se en conques de muntanya sense aforaments ni sèries pluviomètriques precises. Per fer front a aquest repte, s'han desenvolupat dos procediments metodològics nous. El primer consisteix en una anàlisi de models digitals d'elevacions (MDEs) seqüencials que considera que els errors son espacialment variables entre seccions transversals al canal. El segon combina geomorfologia, dendrogeomorfologia, hidràulica i hidrodinàmica per obtenir una reconstrucció més fidedigna de les avingudes modelitzades. Les investigacions dutes a terme comporten nous avenços paleohidrològics en conques amb bosc dens, no aforades i de caràcter torrencial. En el camp de la teledetecció, s'ha aconseguit discernir de forma més efectiva entre els errors dels MDEs i els canvis geomorfològics reals, tot quantificant amb fiabilitat la magnitud i el patró dels fenòmens d'erosió-acumulació i optimitzant els càlculs volumètrics del balanç sedimentari. A més, s'ha estimat l'impacte geomorfològic de les barreres flexibles de retenció de sediments, tot aportant noves eines per a l'avaluació de l'efectivitat i estabilitat d'aquest tipus d'estructures en terrenys de difícil accés. Respecte a la reconstrucció de paleoavingudes mitjançant evidències dendrogeomorfològiques, s'ha inspeccionat la distribució dels danys externs en la vegetació en base a la seva posició geomorfològica i l'energia del flux. També s'han examinat les diferències entre l'altura de les ferides i la del flux modelitzat. Així, s'ha identificat que les ferides més fiables per a les estimacions del cabal pic corresponen als arbres situats sobre formes d'energia intermèdia (terrasses i cons al·luvials), mentre que el llit i els vessants estan subjectes a majors errors. Els resultats obtinguts indiquen que les conques petites de muntanya són altament vulnerables a l'activitat humana. En el cas d'estudi s'ha detectat una intensificació dels processos torrencials al segle XXI, amb un recurrència anual de fluxos torrencials en l'actualitat que difereix de la periodicitat mitjana propera als 5 anys que s’enregistra durant el segle XX. Tenint en compte que no hi ha variacions temporals en les pluges desencadenants, aquest fenomen es deu a una alteració en les condicions del terreny que resulta en una menor capacitat d'intercepció de les aigües pluvials i un major escolament superficial. Aquests factors han generat una ruptura de l'equilibri geomorfològic, tot augmentant la capacitat erosiva dels torrents, l'evolució actual dels quals està condicionada per la interacció entre la dinàmica fluvio-torrencial natural i les mesures de defensa. En conclusió, la integració de metodologies multidisciplinaris permet una aproximació robusta al funcionament hidrogeomorfològic en conques mancades de fonts de dades directes o amb una limitada disponibilitat d'evidències indirectes. Un estudi d'aquestes característiques requereix d'una acurada interpretació dels resultats, que depenen de les particularitats de la zona, però la seva adaptació i extrapolació és viable per a altres sistemes torrencials muntanyencs

Integración de métodos para la caracterización hidrogeomorfológica de la actividad torrencial en una cuenca de montaña (Portainé, Pirineos Orientales)

[spa] La predicción de las avenidas torrenciales en zonas de montaña está limitada por la complejidad de las inestabilidades meteorológicas que las generan (tormentas convectivas con un fuerte efecto orográfico), la rápida respuesta hidrológica de las cuencas hidrográficas (avenidas súbitas) y la variabilidad de carga sólida de los flujos resultantes (acuosos, hiperconcentrados y de derrubios). Esto hace necesario buscar alternativas para determinar la actividad fluvio-torrencial de las cuencas y poder así evaluar su peligrosidad. Los métodos sistemáticos y paleohidrológicos presentan grandes dificultades en contextos montañosos debido a la falta de fuentes de datos completas y precisas. Llegados a este punto, la comprensión integral de un sistema pasa por adoptar una perspectiva holística que combine todas las evidencias disponibles en la zona y sus posibles métodos de análisis, correlacionando los resultados en función de la fiabilidad e incertidumbre de cada uno de ellos. El objetivo de este trabajo ha sido desarrollar e integrar la mayor cantidad de métodos posibles para caracterizar la actividad hidrogeomorfológica de la cuenca de Portainé (Pirineos Orientales), la cual presenta un alto riesgo torrencial. Dada la envergadura del estudio, éste se ha realizado en dos fases: a escala de cuenca y a escala de red de drenaje. Por un lado, se ha caracterizado la cuenca en su conjunto con métodos estructurales, sedimentológicos, geomorfológicos, históricos, dendrocronológicos y pluviométricos, así como la cartografía de coberturas del suelo ampliamente reconocidos. Esto ha permitido recopilar y analizar los flujos torrenciales y las alteraciones antropogénicas de las últimas décadas. Por otro lado, se han estudiado en detalle los cambios temporales y las avenidas extraordinarias en los torrentes principales mediante datos multi-temporales de LiDAR aéreo y modelizaciones hidráulicas, respectivamente. En este caso, se ha detectado que las aproximaciones convencionales generan grandes incertidumbres al aplicarse en cuencas de monaña sin series precisas de aforos ni lluvias. Para hacer frente a este reto, se han desarrollado dos procedimientos metodológicos novedosos. El primero consiste en un análisis de modelos digitales de elevaciones (MDEs) secuenciales que considera que los errores son espacialmente variables entre secciones transversales al canal. El segundo combina geomorfología, dendrogeomorfología, hidráulica e hidrodinámica para obtener una reconstrucción más fidedigna de las avenidas modelizadas. Las investigaciones llevadas a cabo conllevan nuevos avances paleohidrológicos en cuencas densamente forestadas, no aforadas y de carácter torrencial. En el campo de la teledetección, se ha conseguido discernir de forma más efectiva entre los errores de los MDEs y los cambios geomorfológicos reales, pudiendo cuantificar fiablemente la magnitud y patrón de los fenómenos de erosión-acumulación y optimizar los cálculos volumétricos del balance sedimentario. Además, se ha estimado el impacto geomorfológico de las barreras flexibles de retención de sedimentos, aportando así nuevas herramientas para la evaluación de la efectividad y estabilidad de este tipo de estructuras en terrenos de difícil acceso. Respecto a la reconstrucción de paleoavenidas mediante evidencias dendrogeomorfológicas, se ha inspeccionado la distribución de los daños externos en la vegetación en base a su posición geomorfológica y a la energía del flujo. También se han examinado las diferencias entre la altura de las heridas y la del flujo modelizado. Así, se ha identificado que las heridas más fiables para las estimaciones del caudal pico corresponden a los árboles situados sobre formas de energía intermedia (terrazas y conos aluviales), mientras que el lecho y las laderas están sujetas a mayores errores. Los resultados obtenidos indican que las cuencas pequeñas de montaña son altamente vulnerables a la actividad humana. En el caso de estudio, se ha detectado una intensificación de los procesos torrenciales en el siglo XXI, con un recurrencia anual de flujos torrenciales en la actualidad que difiere de la periodicidad media cercana a los 5 años que se registra durante el siglo XX. Teniendo en cuenta que no existen variaciones temporales de las precipitaciones desencadenantes, dicho fenómeno se debe a una alteración en las condiciones del terreno que resulta en una menor capacidad de intercepción de las aguas pluviales y una mayor escorrentía superficial. Estos factores han generado una ruptura del equilibrio geomorfológico, aumentando la capacidad erosiva de los torrentes, cuya evolución actual está condicionada por la interacción entre la dinámica fluvio-torrencial natural y las medidas de defensa. En conclusión, la integración de metodologías multidisciplinares permite una aproximación robusta al funcionamiento hidrogeomorfológico en cuencas carentes de fuentes de datos directos o con una limitada disponibilidad de evidencias indirectas. Un estudio de estas características requiere de una cuidadosa interpretación de los resultados dependiendo de las particularidades de la zona, pero su adaptación y extrapolación es viable para otros sistemas torrenciales montañosos.[eng] Flood forecasting in mountain areas is limited by the complexity of triggering meteorological instabilities (convective storms with high orographic influence), the rapid hydrological response of the watersheds (flash floods) and the variable sediment load of the resulting torrential flows (stream, hyperconcentrated or debris flows). Thus, in order to define fluvial and torrential activity for an adequate hazard assessment, a research for different alternatives needs to be done. Systematic and paleohydrological methods have additional drawbacks when applied to mountain environments lacking complete and accurate data sources. At this point, a comprehensive understanding of a system could be reported by adopting a holistic approach that combines all the available evidences in the area and their potential analysis methods, correlating the obtained results according to their reliability and uncertainty. The main objective of this work was to develop and integrate as many methods as possible to characterize the hydrogeomorphological activity of the Portainé catchment (Eastern Pyrenees), which shows high torrential risk. Given the scope of the study, it was divided in two stages depending on the subject under consideration: basin-scale and channel-scale assessments. On the one hand, the catchment was investigated in its entirety through widely tested structural, sedimentological, geomorphological, historical, dendrocronological, pluviometric and land-cover mapping methods. This allowed us to collect and analyse torrential flows and anthropogenic alterations that played out during last decades. On the other hand, temporal changes and extraordinary events along main torrents were reconstructed in detail using multi-temporal airborne LiDAR data and hydraulic modelling, respectively. In this case, large uncertainties arise from conventional techniques as long as mountain catchments lack of reliable discharge and rainfall time series. Two novel methodological approaches were developed so as to face this challenge. First, sequential digital elevation models (DEMs) were analysed accounting the spatial variability of errors on a section-by-section basis along channels. Second, a more consistent paleoflood reconstruction was obtained by combining geomorphology, dendrogeomorphology, flow hydraulics and hydrodynamics. This research involves new paleohydrological contributions for ungauged and densely forested torrential catchments. In the field of remote sensing, an effective appreciation of DEM errors and real geomorphic changes was achieved, which allowed magnitude and pattern of erosion-deposition phenomena to be quantified and sediment budget volumetric calculations to be optimized. Moreover, the geomorphic impact of flexible sediment retention barriers was also estimated, providing new tools for a high-resolution assessment of the behaviour, effectiveness and stability of engineering structures in remote areas that are hardly reached in the field. Regarding the dendrogeomorphic paleoflood reconstruction, the distribution of external disturbances was analysed in terms of their geomorphological position and flow energy. Differences between scar height and modelled water surface were also compared. This revealed that, while most reliable scars for peak discharge estimations are those from trees located on intermediate energy forms (alluvial terraces and fans), the riverbed and lateral slopes are prone to greater errors. The results achieved confirm that small mountain catchments are highly sensible to human activities. The study case shows that there has been an intensification of torrential processes in the 21st century, with an annual recurrence of torrential flows present-day. This tendency differs from the approximately 5-year interval recorded during the 20th century. Considering the non-variability in time of triggering rainfalls, this phenomenon must be related to changes in soil conditions, essentially resulting in lower rainfall interception and higher surface runoff. Those factors have provoked the geomorphological threshold to be exceeded and the transport capacity of the torrents to be increased. Their evolution is now strictly conditioned by the interaction of the natural river dynamics and debris flow protection measures. In conclusion, the integration of multidisciplinary methodologies enables a robust approximation to hydrogeomorphic behaviour in catchments lacking direct data or with limited indirect evidences. Even if such a study requires a thorough interpretation of the results according to site characteristics, it can also be adapted and extrapolated to other mountain torrential systems.[eus] Mendi inguruneetan garatzen diren uholdeen iragarpena oso mugatua da, batez ere ezegonkortasun meteorologiko sortzaileen konplexutasuna (efektu orografiko handiko ekaitz konbektikoak), arro hidrografikoen erantzun bizkorra (bat-bateko uholdeak) eta fluxuen sedimentu kontzentrazio aldakorra (urtsuak, hiperkontzentratuak edo debris flow motatakoak) direla eta. Hortaz, beste alternatiba batzuk bilatu behar dira arroetako mendi- erreken jarduera eta honi lotutako uholde-arriskugarritasuna zehaztu ahal izateko. Metodo sistematiko eta paleohidrologikoek, ordea, zailtasun handiak erakusten dituzte eremu hauetan aplikatzen direnean, ez baitago datu iturri zehatz edota osorik. Gauzak horrela, sistema baten ulermen integrala lortu nahi izanez gero beharrezkoa da ikuspuntu holistiko bat hartzea, tokian eskuragarri dauden ebidentziak eta dagozkien analisi-metodo guztiak erabiliz, eta lortzen diren emaitzak euren fidagarritasun eta ziurgabetasunaren arabera erlazionatuz. Lan honen helburua uholde-arrisku handia erakusten duen Portainé arroa (Ekialdeko Pirinioak) hidrogeomorfologikoki aztertzeko ahalik eta metodologia gehien garatzea eta integratzea izan da. Ikerketaren zabaltasuna kontuan izanik, bi fasetan burutu da: arro eskalara eta drainatze-sare eskalara. Alde batetik, arroa bere osotasunean ikertu da metodo estruktural, sedimentologiko, geomorfologiko, historiko, dendrokronologiko eta plubiometrikoetaz baliatuz, baita lurrazal-estalkiaren kartografiaren bitartez ere. Honi esker, azken hamarkadetako mendi- uholdeak eta eraldaketa antropogenikoak biltzea eta ezaugarritzea lortu da. Bestetik, LiDAR hegaldietako datuak eta modelizazio hidraulikoak erabiliz, ibaibideetako aldaketa tenporalak eta ohiz kanpoko uraldiak zehaztasunez aztertu dira, hurrenez hurren. Kasu honetan, ikuspegi klasikoek ur-emari eta prezipitazio datu-serie zehatz gabeko mendi arroetan ziurgabetasun ugari sortzen dituztela igarri da. Erronka horri aurre egiteko, bi prozesu metodologiko berri garatu dira. Lehenengoa lurzoruaren eredu digital (LED) sekuentzialen azterketa sakon bati dagokio, non euren erroreak ibilguaren zeharkako profiletik profilera espazialki aldakortzat jotzen diren. Bigarrenak geomorfologia, dendrogeomorfologia, hidraulika eta hidrodinamika bateratzen ditu modelizatutako uholdeen berregite zintzoago bat lortu nahian. Garatutako ikerketek pausu paleohidrologiko nabarmenak dakartzate landaredi dentsodun, emari estazio gabeko eta bat-bateko uholde izaeradun arroetarako. Teledetekzioaren alorrean, LEDen erroreen eta aldaketa geomorfologiko errealen arteko bereizketa eraginkorra lortu da, higadura-metaketa prozesuen magnitude eta banaketa hobeto kuantifikatzea ahalbidetuz, eta era berean, balantze sedimentarioaren kalkulu bolumetrikoak optimizatuz. Gainera, sedimentua atxikitzeko diseinatutako sare deformagarrien inpaktu geomorfologikoa zenbatu da. Honek, iristeko zailak diren tokietan kokatzen diren neurri estrukturalen eraginkortasuna eta egonkortasuna balioztatzeko irizpide berriak dakartza. Iraganeko uholdeak seinale dendrogeomorfologikoen bidez berreraikitzeari dagokionez, landarediak erakusten dituen kanpo-kalteen sakabanaketa euren posizio geomorfologikoaren eta ur korrontearen energiaren arabera aztertu da. Enborretako zaurien eta modelizatutako ur mailaren arteko altuera diferentzia ere neurtu da. Honela, muturreko emaria kalkulatzeko erabilitako zaurien artean fidagarrienak energia ertaineko formetan kokatzen direla ikusi ahal izan da, ubide eta magalek errore handiagoak ekartzen dituztelarik. Lortutako emaitzek mendi arro txikiek giza jarduerekiko duten kalteberatasun altua uzten dute agerian. Ikerketa tokian, XXI. mendean zehar uholdezko prozesuak zeharo biziagotu direla nabarmentzen da. Izan ere, gaur egun fluxuak urtero garatzen dira. XX. mendean, ostera, hauen maiztasuna 5 urte ingurukoa zen. Prezipitazio eragileen patroi aldaketarik ez dela eman kontuan izanda, gertakari honek lurzoruaren baldintzekin lotuta egon behar du. Hain zuzen ere, azken urteetan gauzatutako lurzoru erabilerek infiltrazio gaitasuna txikitu eta azaleko isurketa areagotu dute. Faktore guzti hauek oreka geomorfologikoa gainditzea ekarri dute, baserreken higadura ahalmena handituz. Beren egungo eboluzioa ibai-dinamika naturalaren eta defentsa neurrien arteko interakzioaren emaitza da. Ondorioz, metodologia multidisziplinarrak integratzea aukera ezinhobea da datu zuzen gabeko eta zeharkako-datu eskaseko arroen funtzionamendu hidrogeomorfologikoa era sendoan aztertzeko. Horrelako ikerketa bat gauzatu ahal izateko, ezinbestekoa da emaitzak ingurunearen ezaugarrien arabera arreta handiz interpretatzea. Hala ere, aurkeztutako lana gainerako mendi-sistemetara egokitu eta estrapolatu daiteke.[cat] La predicció de les avingudes torrencials en zones de muntanya està limitada per la complexitat de les inestabilitats meteorològiques que les generen (tempestes convectives amb un fort efecte orogràfic), la ràpida resposta hidrològica de les conques hidrogràfiques (avingudes sobtades) i la variabilitat de càrrega sòlida dels fluxos resultants (aquosos, hiperconcentrats i corrents d’arrossegalls). Això fa necessari buscar alternatives per determinar l'activitat fluvio-torrencial de les conques i així poder avaluar la seva perillositat. Els mètodes sistemàtics i paleohidrològics presenten grans dificultats en contextos muntanyosos per causa de la falta de fonts de dades completes i precises. Arribats a aquest punt, la comprensió integral d'un sistema passa per adoptar una perspectiva holística que combini totes les evidències disponibles a la zona i els seus possibles mètodes d'anàlisi, tot correlacionant els resultats en funció de la fiabilitat i incertesa de cada un d'ells. L'objectiu d'aquest treball ha estat desenvolupar i integrar la major quantitat de mètodes per caracteritzar l'activitat hidrogeomorfològica de la conca de Portainé (Pirineus Orientals), la qual presenta un alt risc torrencial. Donada l'envergadura de l'estudi, aquest s'ha realitzat en dues fases: a escala de conca i a escala de xarxa de drenatge. D'una banda, s'ha caracteritzat la conca en el seu conjunt amb mètodes estructurals, sedimentològics, geomorfològics, històrics, dendrocronològics, pluviomètrics i de cartografia de cobertes del sòl àmpliament reconeguts. Això ha permès recopilar i analitzar els fluxos torrencials i les alteracions antropogèniques de les últimes dècades. D'altra banda, s'han estudiat en detall els canvis temporals i les avingudes extraordinàries en els torrents principals mitjançant dades multi-temporals de LiDAR aeri i modelitzacions hidràuliques, respectivament. En aquest cas, s'ha detectat que les aproximacions convencionals generen grans incerteses a l’aplicar-se en conques de muntanya sense aforaments ni sèries pluviomètriques precises. Per fer front a aquest repte, s'han desenvolupat dos procediments metodològics nous. El primer consisteix en una anàlisi de models digitals d'elevacions (MDEs) seqüencials que considera que els errors son espacialment variables entre seccions transversals al canal. El segon combina geomorfologia, dendrogeomorfologia, hidràulica i hidrodinàmica per obtenir una reconstrucció més fidedigna de les avingudes modelitzades. Les investigacions dutes a terme comporten nous avenços paleohidrològics en conques amb bosc dens, no aforades i de caràcter torrencial. En el camp de la teledetecció, s'ha aconseguit discernir de forma més efectiva entre els errors dels MDEs i els canvis geomorfològics reals, tot quantificant amb fiabilitat la magnitud i el patró dels fenòmens d'erosió-acumulació i optimitzant els càlculs volumètrics del balanç sedimentari. A més, s'ha estimat l'impacte geomorfològic de les barreres flexibles de retenció de sediments, tot aportant noves eines per a l'avaluació de l'efectivitat i estabilitat d'aquest tipus d'estructures en terrenys de difícil accés. Respecte a la reconstrucció de paleoavingudes mitjançant evidències dendrogeomorfològiques, s'ha inspeccionat la distribució dels danys externs en la vegetació en base a la seva posició geomorfològica i l'energia del flux. També s'han examinat les diferències entre l'altura de les ferides i la del flux modelitzat. Així, s'ha identificat que les ferides més fiables per a les estimacions del cabal pic corresponen als arbres situats sobre formes d'energia intermèdia (terrasses i cons al·luvials), mentre que el llit i els vessants estan subjectes a majors errors. Els resultats obtinguts indiquen que les conques petites de muntanya són altament vulnerables a l'activitat humana. En el cas d'estudi s'ha detectat una intensificació dels processos torrencials al segle XXI, amb un recurrència anual de fluxos torrencials en l'actualitat que difereix de la periodicitat mitjana propera als 5 anys que s’enregistra durant el segle XX. Tenint en compte que no hi ha variacions temporals en les pluges desencadenants, aquest fenomen es deu a una alteració en les condicions del terreny que resulta en una menor capacitat d'intercepció de les aigües pluvials i un major escolament superficial. Aquests factors han generat una ruptura de l'equilibri geomorfològic, tot augmentant la capacitat erosiva dels torrents, l'evolució actual dels quals està condicionada per la interacció entre la dinàmica fluvio-torrencial natural i les mesures de defensa. En conclusió, la integració de metodologies multidisciplinaris permet una aproximació robusta al funcionament hidrogeomorfològic en conques mancades de fonts de dades directes o amb una limitada disponibilitat d'evidències indirectes. Un estudi d'aquestes característiques requereix d'una acurada interpretació dels resultats, que depenen de les particularitats de la zona, però la seva adaptació i extrapolació és viable per a altres sistemes torrencials muntanyencs

Integración de métodos para la caracterización hidrogeomorfológica de la actividad torrencial en una cuenca de montaña (Portainé, Pirineos Orientales)

La predicción de las avenidas torrenciales en zonas de montaña está limitada por la complejidad de las inestabilidades meteorológicas que las generan (tormentas convectivas con un fuerte efecto orográfico), la rápida respuesta hidrológica de las cuencas hidrográficas (avenidas súbitas) y la variabilidad de carga sólida de los flujos resultantes (acuosos, hiperconcentrados y de derrubios). Esto hace necesario buscar alternativas para determinar la actividad fluvio-torrencial de las cuencas y poder así evaluar su peligrosidad. Los métodos sistemáticos y paleohidrológicos presentan grandes dificultades en contextos montañosos debido a la falta de fuentes de datos completas y precisas. Llegados a este punto, la comprensión integral de un sistema pasa por adoptar una perspectiva holística que combine todas las evidencias disponibles en la zona y sus posibles métodos de análisis, correlacionando los resultados en función de la fiabilidad e incertidumbre de cada uno de ellos. El objetivo de este trabajo ha sido desarrollar e integrar la mayor cantidad de métodos posibles para caracterizar la actividad hidrogeomorfológica de la cuenca de Portainé (Pirineos Orientales), la cual presenta un alto riesgo torrencial. Dada la envergadura del estudio, éste se ha realizado en dos fases: a escala de cuenca y a escala de red de drenaje. Por un lado, se ha caracterizado la cuenca en su conjunto con métodos estructurales, sedimentológicos, geomorfológicos, históricos, dendrocronológicos y pluviométricos, así como la cartografía de coberturas del suelo ampliamente reconocidos. Esto ha permitido recopilar y analizar los flujos torrenciales y las alteraciones antropogénicas de las últimas décadas. Por otro lado, se han estudiado en detalle los cambios temporales y las avenidas extraordinarias en los torrentes principales mediante datos multi-temporales de LiDAR aéreo y modelizaciones hidráulicas, respectivamente. En este caso, se ha detectado que las aproximaciones convencionales generan grandes incertidumbres al aplicarse en cuencas de monaña sin series precisas de aforos ni lluvias. Para hacer frente a este reto, se han desarrollado dos procedimientos metodológicos novedosos. El primero consiste en un análisis de modelos digitales de elevaciones (MDEs) secuenciales que considera que los errores son espacialmente variables entre secciones transversales al canal. El segundo combina geomorfología, dendrogeomorfología, hidráulica e hidrodinámica para obtener una reconstrucción más fidedigna de las avenidas modelizadas. Las investigaciones llevadas a cabo conllevan nuevos avances paleohidrológicos en cuencas densamente forestadas, no aforadas y de carácter torrencial. En el campo de la teledetección, se ha conseguido discernir de forma más efectiva entre los errores de los MDEs y los cambios geomorfológicos reales, pudiendo cuantificar fiablemente la magnitud y patrón de los fenómenos de erosión-acumulación y optimizar los cálculos volumétricos del balance sedimentario. Además, se ha estimado el impacto geomorfológico de las barreras flexibles de retención de sedimentos, aportando así nuevas herramientas para la evaluación de la efectividad y estabilidad de este tipo de estructuras en terrenos de difícil acceso. Respecto a la reconstrucción de paleoavenidas mediante evidencias dendrogeomorfológicas, se ha inspeccionado la distribución de los daños externos en la vegetación en base a su posición geomorfológica y a la energía del flujo. También se han examinado las diferencias entre la altura de las heridas y la del flujo modelizado. Así, se ha identificado que las heridas más fiables para las estimaciones del caudal pico corresponden a los árboles situados sobre formas de energía intermedia (terrazas y conos aluviales), mientras que el lecho y las laderas están sujetas a mayores errores. Los resultados obtenidos indican que las cuencas pequeñas de montaña son altamente vulnerables a la actividad humana. En el caso de estudio, se ha detectado una intensificación de los procesos torrenciales en el siglo XXI, con un recurrencia anual de flujos torrenciales en la actualidad que difiere de la periodicidad media cercana a los 5 años que se registra durante el siglo XX. Teniendo en cuenta que no existen variaciones temporales de las precipitaciones desencadenantes, dicho fenómeno se debe a una alteración en las condiciones del terreno que resulta en una menor capacidad de intercepción de las aguas pluviales y una mayor escorrentía superficial. Estos factores han generado una ruptura del equilibrio geomorfológico, aumentando la capacidad erosiva de los torrentes, cuya evolución actual está condicionada por la interacción entre la dinámica fluvio-torrencial natural y las medidas de defensa. En conclusión, la integración de metodologías multidisciplinares permite una aproximación robusta al funcionamiento hidrogeomorfológico en cuencas carentes de fuentes de datos directos o con una limitada disponibilidad de evidencias indirectas. Un estudio de estas características requiere de una cuidadosa interpretación de los resultados dependiendo de las particularidades de la zona, pero su adaptación y extrapolación es viable para otros sistemas torrenciales montañosos.Flood forecasting in mountain areas is limited by the complexity of triggering meteorological instabilities (convective storms with high orographic influence), the rapid hydrological response of the watersheds (flash floods) and the variable sediment load of the resulting torrential flows (stream, hyperconcentrated or debris flows). Thus, in order to define fluvial and torrential activity for an adequate hazard assessment, a research for different alternatives needs to be done. Systematic and paleohydrological methods have additional drawbacks when applied to mountain environments lacking complete and accurate data sources. At this point, a comprehensive understanding of a system could be reported by adopting a holistic approach that combines all the available evidences in the area and their potential analysis methods, correlating the obtained results according to their reliability and uncertainty. The main objective of this work was to develop and integrate as many methods as possible to characterize the hydrogeomorphological activity of the Portainé catchment (Eastern Pyrenees), which shows high torrential risk. Given the scope of the study, it was divided in two stages depending on the subject under consideration: basin-scale and channel-scale assessments. On the one hand, the catchment was investigated in its entirety through widely tested structural, sedimentological, geomorphological, historical, dendrocronological, pluviometric and land-cover mapping methods. This allowed us to collect and analyse torrential flows and anthropogenic alterations that played out during last decades. On the other hand, temporal changes and extraordinary events along main torrents were reconstructed in detail using multi-temporal airborne LiDAR data and hydraulic modelling, respectively. In this case, large uncertainties arise from conventional techniques as long as mountain catchments lack of reliable discharge and rainfall time series. Two novel methodological approaches were developed so as to face this challenge. First, sequential digital elevation models (DEMs) were analysed accounting the spatial variability of errors on a section-by-section basis along channels. Second, a more consistent paleoflood reconstruction was obtained by combining geomorphology, dendrogeomorphology, flow hydraulics and hydrodynamics. This research involves new paleohydrological contributions for ungauged and densely forested torrential catchments. In the field of remote sensing, an effective appreciation of DEM errors and real geomorphic changes was achieved, which allowed magnitude and pattern of erosion-deposition phenomena to be quantified and sediment budget volumetric calculations to be optimized. Moreover, the geomorphic impact of flexible sediment retention barriers was also estimated, providing new tools for a high-resolution assessment of the behaviour, effectiveness and stability of engineering structures in remote areas that are hardly reached in the field. Regarding the dendrogeomorphic paleoflood reconstruction, the distribution of external disturbances was analysed in terms of their geomorphological position and flow energy. Differences between scar height and modelled water surface were also compared. This revealed that, while most reliable scars for peak discharge estimations are those from trees located on intermediate energy forms (alluvial terraces and fans), the riverbed and lateral slopes are prone to greater errors. The results achieved confirm that small mountain catchments are highly sensible to human activities. The study case shows that there has been an intensification of torrential processes in the 21st century, with an annual recurrence of torrential flows present-day. This tendency differs from the approximately 5-year interval recorded during the 20th century. Considering the non-variability in time of triggering rainfalls, this phenomenon must be related to changes in soil conditions, essentially resulting in lower rainfall interception and higher surface runoff. Those factors have provoked the geomorphological threshold to be exceeded and the transport capacity of the torrents to be increased. Their evolution is now strictly conditioned by the interaction of the natural river dynamics and debris flow protection measures. In conclusion, the integration of multidisciplinary methodologies enables a robust approximation to hydrogeomorphic behaviour in catchments lacking direct data or with limited indirect evidences. Even if such a study requires a thorough interpretation of the results according to site characteristics, it can also be adapted and extrapolated to other mountain torrential systems.Mendi inguruneetan garatzen diren uholdeen iragarpena oso mugatua da, batez ere ezegonkortasun meteorologiko sortzaileen konplexutasuna (efektu orografiko handiko ekaitz konbektikoak), arro hidrografikoen erantzun bizkorra (bat-bateko uholdeak) eta fluxuen sedimentu kontzentrazio aldakorra (urtsuak, hiperkontzentratuak edo debris flow motatakoak) direla eta. Hortaz, beste alternatiba batzuk bilatu behar dira arroetako mendi- erreken jarduera eta honi lotutako uholde-arriskugarritasuna zehaztu ahal izateko. Metodo sistematiko eta paleohidrologikoek, ordea, zailtasun handiak erakusten dituzte eremu hauetan aplikatzen direnean, ez baitago datu iturri zehatz edota osorik. Gauzak horrela, sistema baten ulermen integrala lortu nahi izanez gero beharrezkoa da ikuspuntu holistiko bat hartzea, tokian eskuragarri dauden ebidentziak eta dagozkien analisi-metodo guztiak erabiliz, eta lortzen diren emaitzak euren fidagarritasun eta ziurgabetasunaren arabera erlazionatuz. Lan honen helburua uholde-arrisku handia erakusten duen Portainé arroa (Ekialdeko Pirinioak) hidrogeomorfologikoki aztertzeko ahalik eta metodologia gehien garatzea eta integratzea izan da. Ikerketaren zabaltasuna kontuan izanik, bi fasetan burutu da: arro eskalara eta drainatze-sare eskalara. Alde batetik, arroa bere osotasunean ikertu da metodo estruktural, sedimentologiko, geomorfologiko, historiko, dendrokronologiko eta plubiometrikoetaz baliatuz, baita lurrazal-estalkiaren kartografiaren bitartez ere. Honi esker, azken hamarkadetako mendi- uholdeak eta eraldaketa antropogenikoak biltzea eta ezaugarritzea lortu da. Bestetik, LiDAR hegaldietako datuak eta modelizazio hidraulikoak erabiliz, ibaibideetako aldaketa tenporalak eta ohiz kanpoko uraldiak zehaztasunez aztertu dira, hurrenez hurren. Kasu honetan, ikuspegi klasikoek ur-emari eta prezipitazio datu-serie zehatz gabeko mendi arroetan ziurgabetasun ugari sortzen dituztela igarri da. Erronka horri aurre egiteko, bi prozesu metodologiko berri garatu dira. Lehenengoa lurzoruaren eredu digital (LED) sekuentzialen azterketa sakon bati dagokio, non euren erroreak ibilguaren zeharkako profiletik profilera espazialki aldakortzat jotzen diren. Bigarrenak geomorfologia, dendrogeomorfologia, hidraulika eta hidrodinamika bateratzen ditu modelizatutako uholdeen berregite zintzoago bat lortu nahian. Garatutako ikerketek pausu paleohidrologiko nabarmenak dakartzate landaredi dentsodun, emari estazio gabeko eta bat-bateko uholde izaeradun arroetarako. Teledetekzioaren alorrean, LEDen erroreen eta aldaketa geomorfologiko errealen arteko bereizketa eraginkorra lortu da, higadura-metaketa prozesuen magnitude eta banaketa hobeto kuantifikatzea ahalbidetuz, eta era berean, balantze sedimentarioaren kalkulu bolumetrikoak optimizatuz. Gainera, sedimentua atxikitzeko diseinatutako sare deformagarrien inpaktu geomorfologikoa zenbatu da. Honek, iristeko zailak diren tokietan kokatzen diren neurri estrukturalen eraginkortasuna eta egonkortasuna balioztatzeko irizpide berriak dakartza. Iraganeko uholdeak seinale dendrogeomorfologikoen bidez berreraikitzeari dagokionez, landarediak erakusten dituen kanpo-kalteen sakabanaketa euren posizio geomorfologikoaren eta ur korrontearen energiaren arabera aztertu da. Enborretako zaurien eta modelizatutako ur mailaren arteko altuera diferentzia ere neurtu da. Honela, muturreko emaria kalkulatzeko erabilitako zaurien artean fidagarrienak energia ertaineko formetan kokatzen direla ikusi ahal izan da, ubide eta magalek errore handiagoak ekartzen dituztelarik. Lortutako emaitzek mendi arro txikiek giza jarduerekiko duten kalteberatasun altua uzten dute agerian. Ikerketa tokian, XXI. mendean zehar uholdezko prozesuak zeharo biziagotu direla nabarmentzen da. Izan ere, gaur egun fluxuak urtero garatzen dira. XX. mendean, ostera, hauen maiztasuna 5 urte ingurukoa zen. Prezipitazio eragileen patroi aldaketarik ez dela eman kontuan izanda, gertakari honek lurzoruaren baldintzekin lotuta egon behar du. Hain zuzen ere, azken urteetan gauzatutako lurzoru erabilerek infiltrazio gaitasuna txikitu eta azaleko isurketa areagotu dute. Faktore guzti hauek oreka geomorfologikoa gainditzea ekarri dute, baserreken higadura ahalmena handituz. Beren egungo eboluzioa ibai-dinamika naturalaren eta defentsa neurrien arteko interakzioaren emaitza da. Ondorioz, metodologia multidisziplinarrak integratzea aukera ezinhobea da datu zuzen gabeko eta zeharkako-datu eskaseko arroen funtzionamendu hidrogeomorfologikoa era sendoan aztertzeko. Horrelako ikerketa bat gauzatu ahal izateko, ezinbestekoa da emaitzak ingurunearen ezaugarrien arabera arreta handiz interpretatzea. Hala ere, aurkeztutako lana gainerako mendi-sistemetara egokitu eta estrapolatu daiteke.La predicció de les avingudes torrencials en zones de muntanya està limitada per la complexitat de les inestabilitats meteorològiques que les generen (tempestes convectives amb un fort efecte orogràfic), la ràpida resposta hidrològica de les conques hidrogràfiques (avingudes sobtades) i la variabilitat de càrrega sòlida dels fluxos resultants (aquosos, hiperconcentrats i corrents d’arrossegalls). Això fa necessari buscar alternatives per determinar l'activitat fluvio-torrencial de les conques i així poder avaluar la seva perillositat. Els mètodes sistemàtics i paleohidrològics presenten grans dificultats en contextos muntanyosos per causa de la falta de fonts de dades completes i precises. Arribats a aquest punt, la comprensió integral d'un sistema passa per adoptar una perspectiva holística que combini totes les evidències disponibles a la zona i els seus possibles mètodes d'anàlisi, tot correlacionant els resultats en funció de la fiabilitat i incertesa de cada un d'ells. L'objectiu d'aquest treball ha estat desenvolupar i integrar la major quantitat de mètodes per caracteritzar l'activitat hidrogeomorfològica de la conca de Portainé (Pirineus Orientals), la qual presenta un alt risc torrencial. Donada l'envergadura de l'estudi, aquest s'ha realitzat en dues fases: a escala de conca i a escala de xarxa de drenatge. D'una banda, s'ha caracteritzat la conca en el seu conjunt amb mètodes estructurals, sedimentològics, geomorfològics, històrics, dendrocronològics, pluviomètrics i de cartografia de cobertes del sòl àmpliament reconeguts. Això ha permès recopilar i analitzar els fluxos torrencials i les alteracions antropogèniques de les últimes dècades. D'altra banda, s'han estudiat en detall els canvis temporals i les avingudes extraordinàries en els torrents principals mitjançant dades multi-temporals de LiDAR aeri i modelitzacions hidràuliques, respectivament. En aquest cas, s'ha detectat que les aproximacions convencionals generen grans incerteses a l’aplicar-se en conques de muntanya sense aforaments ni sèries pluviomètriques precises. Per fer front a aquest repte, s'han desenvolupat dos procediments metodològics nous. El primer consisteix en una anàlisi de models digitals d'elevacions (MDEs) seqüencials que considera que els errors son espacialment variables entre seccions transversals al canal. El segon combina geomorfologia, dendrogeomorfologia, hidràulica i hidrodinàmica per obtenir una reconstrucció més fidedigna de les avingudes modelitzades. Les investigacions dutes a terme comporten nous avenços paleohidrològics en conques amb bosc dens, no aforades i de caràcter torrencial. En el camp de la teledetecció, s'ha aconseguit discernir de forma més efectiva entre els errors dels MDEs i els canvis geomorfològics reals, tot quantificant amb fiabilitat la magnitud i el patró dels fenòmens d'erosió-acumulació i optimitzant els càlculs volumètrics del balanç sedimentari. A més, s'ha estimat l'impacte geomorfològic de les barreres flexibles de retenció de sediments, tot aportant noves eines per a l'avaluació de l'efectivitat i estabilitat d'aquest tipus d'estructures en terrenys de difícil accés. Respecte a la reconstrucció de paleoavingudes mitjançant evidències dendrogeomorfològiques, s'ha inspeccionat la distribució dels danys externs en la vegetació en base a la seva posició geomorfològica i l'energia del flux. També s'han examinat les diferències entre l'altura de les ferides i la del flux modelitzat. Així, s'ha identificat que les ferides més fiables per a les estimacions del cabal pic corresponen als arbres situats sobre formes d'energia intermèdia (terrasses i cons al·luvials), mentre que el llit i els vessants estan subjectes a majors errors. Els resultats obtinguts indiquen que les conques petites de muntanya són altament vulnerables a l'activitat humana. En el cas d'estudi s'ha detectat una intensificació dels processos torrencials al segle XXI, amb un recurrència anual de fluxos torrencials en l'actualitat que difereix de la periodicitat mitjana propera als 5 anys que s’enregistra durant el segle XX. Tenint en compte que no hi ha variacions temporals en les pluges desencadenants, aquest fenomen es deu a una alteració en les condicions del terreny que resulta en una menor capacitat d'intercepció de les aigües pluvials i un major escolament superficial. Aquests factors han generat una ruptura de l'equilibri geomorfològic, tot augmentant la capacitat erosiva dels torrents, l'evolució actual dels quals està condicionada per la interacció entre la dinàmica fluvio-torrencial natural i les mesures de defensa. En conclusió, la integració de metodologies multidisciplinaris permet una aproximació robusta al funcionament hidrogeomorfològic en conques mancades de fonts de dades directes o amb una limitada disponibilitat d'evidències indirectes. Un estudi d'aquestes característiques requereix d'una acurada interpretació dels resultats, que depenen de les particularitats de la zona, però la seva adaptació i extrapolació és viable per a altres sistemes torrencials muntanyencs

Dendrogeomorphological Evidence of Flood Frequency Changes and Human Activities (Portainé Basin, Spanish Pyrenees)

The Portainé mountain catchment, containing the Port Ainé ski resort (Lleida, Spanish Pyrenees), displays active erosional and depositional phenomena caused by periodic torrential floods. These events present a potential risk and incur significant economic losses. In ungauged remote catchments (like Portainé), trees might be the only paleohydrological source of information regarding past floods. Thus, we estimated the temporal and spatial distribution of torrential floods by dendrogeomorphological techniques to assess whether human impact (land-use changes and infrastructure works) affected their frequency and magnitude. One-hundred and sixty-six samples from 67 trees belonging to 10 different species were analyzed; past flood events of the last 50 years were identified by dating and relating evidence between them. Moreover, a detailed geomorphological study was performed and the available historical data compiled. Our multi-evidence analysis provides new insight into the occurrence of paleofloods. Changes in flood frequency since 2006, especially from 2008, suggest that the geomorphological equilibrium has been disturbed, coinciding with both major earthworks within the ski resort and intense but not extraordinary rainfall. This conclusion has important implications for land planning and the design of future projects in the mountain watersheds = La cuenca de montaña de Portainé, donde se sitúa la estación de esquí de Port Ainé (Lleida, Pirineo español), presenta fenómenos erosivos y deposicionales activos debido a periódicas avenidas torrenciales que suponen un riesgo potencial y producen pérdidas económicas significativas. En las cuencas no aforadas remotas, como Portainé, los árboles pueden ser la única fuente de información paleohidrológica y, por ello, en este trabajo se ha estudiado la distribución temporal y espacial de las avenidas torrenciales mediante técnicas dendrogeomorfológicas, evaluando si cambios en los usos del suelo y obras de infraestructura pudieron afectar a su frecuencia y magnitud. Se analizaron ciento sesenta y seis muestras de 67 árboles correspondientes a 10 especies diferentes; y mediante la datación y la relación entre las distintas evidencias, fue posible identificar avenidas pretéritas en los últimos 50 años. Además se realizó un estudio geomorfológico detallado y se recopilaron todos los datos históricos disponibles. Este análisis de evidencias múltiples proporciona una visión nueva sobre la ocurrencia de paleoavenidas, cuyos cambios en la frecuencia ocurridos desde el año 2006, y especialmente desde 2008, sugieren que el equilibrio geomorfológico se vio perturbado, coincidiendo con los movimientos de tierras en las obras de la estación de esquí y unas precipitaciones intensas, pero no extraordinarias. Esta conclusión tiene implicaciones importantes para la planificación territorial y el diseño de obras futuras en las cuencas hidrográficas de montaña.Departamento de Sistemas y Recursos Naturales, Universidad Politécnica de Madrid, EspañaÁrea de Riesgos Geológicos, Instituto Geológico y Minero de España, EspañaGEOMODELS Institut de Recerca, Universitat de Barcelona, Españ