Improving Flood Maps in Ungauged Fluvial Basins with Dendrogeomorphological Data. An Example from the Caldera de Taburiente National Park (Canary Islands, Spain)

Flash floods represent one of the more usual natural hazards in mountain basins, and, combined with the lack of reliable flow data and the recreational use of the drainage basin by tourists and hikers, there is a significant risk of catastrophe. Here, we present a dendro-geomorphological reconstruction of a past flash flood event in the Caldera de Taburiente N.P. (Canary Islands, Spain), an ungauged drainage basin in the SW side of the volcanic island of La Palma. We couple two-dimensional hydraulic modelling in a highly-resolved topographic environment (LiDAR data) with (1) peak flow data for various Tyear return periods from an uncalibrated hydrological model and (2) a data set of scars on trees, to investigate the magnitude of a 1997 dated flash-flood. From the results, flood hazards and associated risks would be clearly underestimated by using only the unique available hydrological data (a rainfall gauge station downstream of the study area). Hydraulic models using scars data show a higher flood hazard scenario, improving the flood hazard map by using all available flood evidence. Moreover, all this will allow for better implementation of appropriate adaptation policies by National Park managers, and therefore the mitigation of future disasters

Environmental assessment: Landform Classification for Land Use Planning in Developed Areas: An Example in Segovia Province (Central Spain)

Landform-based physiographic maps, also called land systems inventories, have been widely and successfully used in undeveloped/rural areas in several locations, such as Australia, the western United States, Canada, and the British ex-colonies. This paper presents a case study of their application in a developed semi-urban/suburban area (Segovia, Spain) for land use planning purposes. The paper focuses in the information transfer process, showing how land use decision-makers, such as governments, planners, town managers, etc., can use the information developed from these maps to assist them. The paper also addresses several issues important to the development and use of this information, such as the goals of modem physiography, the types of landform-based mapping products, the problem of data management in developed areas, and the distinctions among data, interpretations, and decisions.Depto. de Geodinámica, Estratigrafía y PaleontologíaFac. de Ciencias GeológicasTRUEpu

Procesos geomorfológicos activos en cárcavas del borde del piedemonte norte de la Sierra de Guadarrama (Provincia de Segovia, España)

Dos localizaciones situadas cerca del borde del piedemonte norte de la Sierra de Guadarrama (provincia de Segovia) ofrecen formas erosivas en cárcavas bien desarrolladas: (a) un conjunto de barrancos encajados sobre arenas arcósicas del Mioceno, en un relieve de lomas y vaguadas del suroeste provincial; (b) cárcavas sobre arenas silíceas del Cretácico Superior, en un relieve de laderas de mesas y cuestas de la zona centro sur de la Provincia. En este trabajo se caracteriza la actividad geomorfológica de esos barrancos y cárcavas, y se inicia su cuantificación. El objetivo está encaminado a conocer qué procesos movilizan sedimentos, y a evaluar sus tasas de actuación, intensidad, frecuencia de ocurrencia y conectividad entre los mismos. Los procesos de erosión hídrica por salpicadura, arroyada laminar y concentrada en rills, junto con la actividad gravitacional observada, movilizan materiales desde las cabeceras de las cárcavas hasta los colectores, rellenándolos; éstos son evacuados mediante procesos de encajamiento en los canales efímeros, y sedimentados en pequeños conos aluviales. En los barrancos sobre arcosas, los eventos de precipitación poco intensos y de alta frecuencia tienden a rellenar los lechos arenosos, mientras que la fusión nival y las precipitaciones de alta intensidad y baja frecuencia vacían los canales, sedimentando en zonas apicales de los conos aluviales. En las cárcavas sobre arenas silíceas, los primeros datos obtenidos apuntan a unas tasas de erosión y producción de sedimentos muy elevadas, ya que sobre ellas se produce escorrentía y erosión hídrica de manera casi instantánea; por ello, los eventos de precipitación de baja intensidad son capaces de sedimentar en las zonas apicales de los conos, mientras que los eventos de alta intensidad originan lóbulos telescópicos sobre conos aluviales existentes en pedimentos. [ABSTRACT] Two areas located at the edge of the North piedmont of the Guadarrama Mountains (province of Segovia) show a conspicuous development of gullies. A series of valley side gullies, or ravines, cut on arkosic sand sediments of Miocene age at the Río Chico Valley (southwest of the Segovia province); and slope gullies, cut on silica sand, shale and gravel sediments of Upper Cretaceous age, on the slopes of a set of mesas and cuestas at the río Cega piedmont (Pedraza region, south centre of the Segovia province). This paper characterizes the geomorphic activity of both types of gullies. In addition, the quantification of their current activity is initiated. The objectives are: to know which processes are eroding and mobilizing the sediments within the gullies, and to evaluate their rates, intensity, frequency and connectivity. A detailed field survey shows that weathering processes (sandstone sheeting, and the formation of popcorn structures on shale layers), and splash, sheet and rill erosion, along with sand and mud falls, slides and flows move sediment from the gully slopes and internal divides to the dry washes. These materials are temporary stored in ephemeral stream channels (filled with sandy bed material), evacuated by stream-bed scour and fill processes, and deposited in alluvial cones. In order to get a first approximation of the amount of erosion and sediment movement, a set of field methods have been applied to these areas. These methods include: erosion pins, measurement of pedestals, system of rods and washers, pit traps (box and gabion check-dam types), and topographic surveys after extensive sedimentation on alluvial cones, along with the installation of pluviographs. The results show how on the arkosic valley side gullies, the precipitation events of low intensity and high frequency tend to fill the sandy stream-beds, whereas the snowmelt and the high intensity and low frequency precipitation events scour the sandy stream-beds. The sedimentation occurs here at the apex part of the alluvial cones, which rest directly on the nearby floodplain of the Chico River. On the silica sand slope gullies, the first gathered data point at very high rates of erosion and sedimentation (44.1 tons/ha for a single event), which is interpreted due to the fact that runoff and water erosion occurs here almost instantaneously after precipitation. Here, the precipitation events of low intensity and high frequency produce sedimentation at the apex part of the alluvial cones, whereas the high intensity and low frequency precipitation events sediment in the form of telescopic lobes, on existing alluvial cones, which rest on pediments

Investigaciones dendrogeomorfológicas aplicadas a la gestión de los impactos por erosión hídrica acelerada de suelos en las sendas del parque nacional de Monfragüe

En muchos espacios naturales protegidos, el flujo peatonal de visitantes se concentra en determinados sectores del área de uso público, sobre todo en la proximidad de las principales vías de acceso (carreteras, núcleos de población...) y en un reducido número de sendas y caminos peatonales que comunican los elementos más visitados. Es el caso del camino hacia la Cola de Caballo en el parque nacional de Ordesa y Monte Perdido; el camino a la ermita de San Frutos en el parque natural de las Hoces del río Duratón; o la senda que comunica el Salto del Gitano con el castillo y la ermita en el parque nacional de Monfragüe, por citar algunos ejemplos. Esta concentración de actividades de senderismo produce en determinados tramos de estos caminos y sendas (zonas con suelos arenosos o limosos y altas pendientes) una erosión hídrica acelerada por el efecto físico del pisoteo, compactación y continua fricción. En ocasiones se llegan a formar regueros, pequeños barrancos y se pierden grandes cantidades de suelos fértiles, que además fosilizan y aterran aquéllas zonas donde va a parar la escorrentía, produciendo importantes impactos en estos espacios singulares. Existen numerosos ejemplos de ingentes partidas económicas que los gestores de estos espacios protegidos tienen que destinar a la reparación y recuperación de estas sendas y su entorno. Para ayudar a los gestores es básico disponer de metodologías y herramientas que cuantifiquen esta erosión hídrica (en mm/año) delimitando qué tramos de estas sendas y caminos tienen los mayores problemas erosivos, para así determinar cuáles deben ser prioritarios en su corrección, o qué acciones de restricción de paso o determinación de capacidad de acogida, son necesarias adoptar. Para esta cuantificación son muy útiles, desde hace décadas, las técnicas dendrogeomorfológicas aplicadas a las raíces de árboles que han quedado expuestas a la intemperie por la erosión acelerada en las sendas. En este trabajo se propone una nueva metodología de medición del suelo denudado en relación con la raíz, basado en el estudio microtopográfico de la superficie utilizando moldes y réplicas de alta resolución realizados en diferentes tipos de siliconas, latex y escayolas, y su posterior escaneo tridimensional. La zona piloto donde se ha ensayado esta metodología son los senderos y caminos del parque nacional de Monfragüe (Cáceres), que presentan raíces expuestas debido a la intensa erosión hídrica acelerada como consecuencia de la elevada concentración de visitantes. Los estudios son financiados por el proyecto de investigación IDEA-GesPPNN, del OAPN (MAGRAMA)

Ensayos metodológicos para la cuantificación de procesos geomorfológicos activos asociados a la hidrología de superficie en las sierras de Guadarrama y Gredos

Esta tesis doctoral parte de la hipótesis según la cual es posible cuantificar procesos geomorfológicos activos utilizando metodologías variadas en función de la escala espacio-temporal del fenómeno hidrológico asociado. Con el fin de verificar esta hipótesis, se han ensayado una serie de metodologías, al objeto de establecer y cuantificar las interacciones existentes entre algunos procesos geomorfológicos activos presentes en sectores de las sierras de Guadarrama y Gredos y la escorrentía superficial y subsuperficial. La selección de los procesos se hizo sobre la base de la consideración de aquéllos que pertenecen a distintas fases del proceso lluvia-escorrentía, y cuya actuación está muy condicionada por las características geomorfológicas existentes a escala de cuenca hidrográfica. Se ha llevado a cabo una evaluación cuantitativa de cinco escenarios diferenciados de las Sierras de Gredos y Guadarrama, cuya definición y ubicación ha venido dada por la información disponible. Para llevar a cabo dicha caracterización, se han aplicado una serie de técnicas y herramientas, tales como los geoindicadores y los modelos matemáticos. Igualmente, aparte de abordar las distintas problemáticas desde un enfoque geológico, también se ha aplicado los principios asociados a otras ciencias, tales como: dendrocronología; hidrología; hidráulica, geotecnia y estadística..

Large wood in rivers and its influence on flood hazard

In terms of flood hazard, the presence of large wood (logs, trees, branches and roots) in rivers may aggravate the consequences of flood events. This material may affect infrastructures such as bridges, weirs, etc., especially those intersecting forested mountain rivers. Until recently, a widely accepted practice was to systematically remove wood debris from river channels as a preventive measure. However, studies have shown that this practice may be useless as the material is transported and deposited after each flood and may even not benefit the long term natural balance of the river ecosystem. Therefore, the presence of this woody material in rivers must be managed and included in flood hazard and risk analysis. In this paper we present a comprehensive methodological approach to study the role of large wood in rivers, with a focus on flood hazard. First, to understand the dynamics of wood recruitment, the contributing areas delivering wood to the streams have to be delineated and the recruitment mechanisms studied. Thus, an estimate can be obtained of the potential volume of deliverable wood. To analyse wood transport we present a numerical model, which allows simulates the behaviour of individual pieces of wood together with hydrodynamics. Finally, we analyse the impact of wood on the magnitude of flood events (in terms of water level, flow velocity or flooded areas), using as an example a flood which occurred in December 1997 in the Sierra de Gredos. The results allowed us to reproduce the wood deposit patterns during the event and to reconstruct the bridge blockage. This caused the upstream water level to rise by up to 2 meters and reduced the flow velocity, which favoured debris and sediment deposits. Consequently, the effects of flooding were equivalent to those of a greater magnitude event. This increase in the flood hazard has been numerically quantified.Desde un punto de vista de la peligrosidad durante inundaciones, la presencia de restos de vegetación en los ríos (troncos, o árboles completos, ramas y raíces: detritos leñosos) puede agravar las consecuencias de dichos eventos. Este material puede afectar especialmente a las infraestructuras como drenajes, puentes, etc. que intersectan ríos en cuencas forestadas montañosas. Una práctica muy extendida y aceptada hasta hace pocos años, es la extracción de este material leñoso de los cauces como medida de prevención. Sin embargo, se ha demostrado que esta práctica puede resultar inútil (el material es transportado y depositado tras cada inundación) e incluso no beneficioso para el equilibrio natural del sistema fluvial a largo plazo. Por lo tanto, es necesario gestionar la presencia de este material leñoso en los ríos, e integrar su estudio en los análisis de peligrosidad y riesgo por inundación. En este trabajo, se presenta una síntesis metodológica integral para estudiar la carga de detritos leñosos en ríos. En primer lugar, para conocer la dinámica de incorporación de este material es necesario establecer las áreas contribuyentes que pueden aportar el material a los cursos de agua y los mecanismos de incorporación. De este modo, es posible estimar el volumen de madera potencialmente disponible. Con el fin de analizar su transporte se presenta un modelo numérico, que permite la simulación del transporte de carga leñosa junto con la hidrodinámica. Asimismo, se analiza la incidencia de la carga en la magnitud de eventos de inundación (calados, velocidades…), presentando como ejemplo la avenida ocurrida en diciembre de 1997 en la Sierra de Gredos. Los resultados obtenidos permitieron reproducir el patrón de depósitos de material leñoso durante el evento y reconstruir cuantitativamente el porcentaje de obstrucción de un puente. Este proceso generó un aumento del calado de hasta 2 metros aguas arriba y una reducción de la velocidad de la corriente, lo que a su vez favoreció el depósito de sedimento y más detritos. Como consecuencia los efectos de la inundación fueron equivalentes a los de un evento de mayor magnitud, siendo este incremento de la peligrosidad cuantificable numéricamente

Hazard Zoning for Landslides Connected to Torrential Floods in the Jerte Valley (Spain) by using GIS Techniques

The Jerte Valley is a northeast-southwest tending graben located in the mountainous region of west central Spain (Spanish Central System). Mass movements have been a predominant shaping process on the Valley slopes during the Quaternary. Present day activity is characterized as either ‘first-time failure’ (shallow debris slides and debris flows) or ‘reactivations’ of pre-existing landslides deposits. A delineation of landslide hazard zoning within the Valley has been carried out by using the detailed documentation of a particular event (a debris slide and a sequel torrential flood, which occurred on the Jubaguerra stream gorge), and GIS techniques. The procedure has had four stages, which are: (1) the elaboration of a susceptibility map (spatial prediction) of landslides; (2) the elaboration of a map of ‘restricted susceptibility’ in the particular case of slopes that are connected to streams and torrents (gorges); (3) the elaboration of a digital model which relates the altitude to the occurrence probability of those particular precipitation conditions which characterized the Jubaguerra event and (4) the combination of the probability model with the ‘restricted susceptibility map’, to establish ‘critical zones’ or areas which are more prone to the occurrence of phenomena that have same typology as this one

Assessment of the soil water content in the Pampas region using SWAT

La región Pampeana ha experimentado recientemente una expansión de la agricultura hacia ambientes más frágiles, que se ha asociado con un aumento en la frecuencia de las sequías que afectan a toda la región. En el presente estudio, se obtuvo un registro a largo plazo de la humedad del suelo (SWC) mediante un modelo de Water Assessment Tool (SWAT) La tierra y, por primera vez en la Argentina. La fiabilidad de este modelo se contrasta con la variación temporal del índice Standard Precipitación (SPI) y el Índice de Diferencia Normalizada de Vegetación (NDVI) para caracterizar los episodios de sequía. También se calculó la correlación entre la anomalía SWC (ASWC) y SPI, así como la correlación entre el NDVI anomalía (aNDVI) y SPI. El rendimiento del modelo fue razonablemente satisfactoria. La calibración del modelo mostró coeficiente de determinación (R2) y los valores de coeficiente de Nash-Sutcliffe (NS) de 0,70 y 0,59, respectivamente, y la validación del modelo mostró valores de R 2 y NS de 0,77 y 0,75, respectivamente. El aNDVI mostró una correlación relativamente baja con ASWC (0,26 ≤ r ≤ 0,45). Por el contrario, el SPI presenta correlaciones significativamente positivas con ASWC (0,67 ≤ r ≤ 0,83). Este trabajo mostró que SWAT es una herramienta adecuada para medir SWC en áreas geográficas mal calibrados, tales como la región pampeana. Además, nuestro enfoque podría aplicarse a otros sistemas que se asemejan que estudió aquí, sin ninguna reducción significativa en el rendimiento.The Pampas region has recently experienced an expansion of agriculture towards more fragile environments, which has been associated with an increase in the frequency of droughts affecting the whole region. In the present study, we obtained a long-term record of soil water content (SWC) using a Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model, for the first time in Argentina. The reliability of this model was contrasted with the temporal variation of the Standard Precipitation Index (SPI) and the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) to characterise episodes of drought. We also estimated the correlation between SWC anomaly (aSWC) and SPI, as well as the correlation between NDVI anomaly (aNDVI) and SPI. The model performance was reasonably satisfactory. The model calibration showed determination coefficient (R2) and Nash–Sutcliffe coefficient (NS) values of 0.70 and 0.59, respectively, and the model validation showed R2 and NS values of 0.77 and 0.75, respectively. The aNDVI showed a relatively low correlation with aSWC (0.26 ≤ r ≤ 0.45). In contrast, the SPI presented significantly positive correlations with aSWC (0.67 ≤ r ≤ 0.83). This work showed that SWAT is a suitable tool to measure SWC in poorly gauged geographical areas such as the Pampas region. Additionally, our approach could be applied to other systems resembling that studied here, without any significant reduction in performanceInst. de Clima y AguaFil: Havrylenko, Sofí­a Beatriz. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Clima y Agua; ArgentinaFil: Bodoque del Pozo, José María Universidad Castilla La Mancha Departamento de Ingenieria Geologica y Minera; EspañaFil: Srinivasan, Raghavan Texas A&M University. Department of Ecosystem Science and Management. Spatial Sciences Laboratory; Estados UnidosFil: Zucarelli, G. Viviana. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas; ArgentinaFil: Mercuri, Pablo Alberto. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Clima y Agua; Argentin