The role of interannual rainfall variability on runoff generation in a small dry sub-humid watershed with disperse tree cover
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Susanne Schnabel [1] ; Álvaro Gómez Gutiérrez [1]
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[1] Universidad de Extremadura
Universidad de Extremadura
Badajoz, España
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- Localización: Cuadernos de investigación geográfica: Geographical Research Letters, ISSN-e 1697-9540, ISSN 0211-6820, Vol. 39, Nº 2, 2013, págs. 259-285
- Idioma: inglés
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Resumen
- español
Los estudios mas recientes en pequeñas cuencas experimentales de ambiente mediterráneo muestran una respuesta hidrológica compleja, con escorrentía de saturación por exceso y, en menor medida, escorrentía debida a flujo por exceso de infiltración. Sin embargo, la mayor parte de estas cuencas presentan climas de tipo mediterráneo húmedo o sub-húmedo. En los ambientes adehesados que predominan en el Suroeste peninsular y otras zonas del Mediterráneo, se desarrollan estudios a escala de cuenca desde 1991. A pesar del conocimiento adquirido en estos trabajos, aun no se ha llevado a cabo un análisis profundo de la variación temporal en la producción de caudal utilizando las bases de datos disponibles.
Los objetivos de este trabajo incluyen i) analizar la variación temporal de la descarga, el caudal y la precipitación a diferentes escalas temporales, ii) analizar el papel de las condiciones de humedad antecedente del suelo en la producción de escorrentía, iii) modelizar de forma empírica las relaciones precipitación-escorrentía a escala de evento y iv) determinar la importancia de la variabilidad interanual de la precipitación en la producción de caudal. Para el desarrollo del trabajo se utilizaron la precipitación y la descarga acuosa, registradas con una resolución de 5 minutos, así como la humedad del suelo medida periódicamente en los suelos de las vaguadas y a diferentes profundidades.
El análisis de regresión, así como la comparación de los hidrogramas, muestran la importancia de las condiciones antecedentes de humedad. La humedad del suelo en los fondos de valle resulto crucial para comprender el comportamiento hidrológico de la cuenca. Se definió un umbral de 0.37 m3 m-3 de contenido de humedad a partir del cual los coeficientes de escorrentía se incrementan de forma brusca.
Esta situación se alcanza tras la precipitación antecedente de 170 mm de forma continua. Los resultados señalan hacia el flujo por saturación y flujo preferente sub-superficial como los responsables de la mayor parte de la escorrentía generada.
Por otro lado, el flujo superficial de tipo Hortoniano predomina en condiciones de suelo seco y es consecuencia de precipitaciones de elevada intensidad.
Los análisis de regresión no lineal llevados a cabo con datos agrupados en función de las condiciones de humedad de los suelos de la cuenca resultaron en modelos con elevada significación estadística, explicando la descarga con tres variables: la intensidad máxima de precipitación en 60 minutos (I60), la precipitación total del evento menos I60 y la precipitación media diaria antecedente.
La mejor explicación para la variabilidad de la descarga mensual se produce con la variabilidad interanual de la precipitación mas que con la distribución media estacional. Durante los periodos de sequía, comunes en ambientes mediterráneos, la descarga se reduce enormemente. La mayor parte de la descarga generada, el 85%, se concentra en el 10% del tiempo.
- English
Recent studies in small experimental catchments under Mediterranean-type climate revealed a complex hydrological catchment response, presenting saturation excess runoff generation and, to a minor degree, infiltration excess flow. Many of these catchments, however, belong to areas with sub-humid or humid Mediterranean climate. Catchment studies were carried out since 1991 in savannah-like grazed land (dehesas), which are widespread in south-western Spain, and also elsewhere in the Mediterranean. Albeit knowledge gained by previous studies, no thorough analysis has been carried out on the temporal variation of discharge production using the complete dataset. The objectives include i) an analysis of the temporal variation of discharge and rainfall at different temporal scales, ii) exploration of the role of antecedent soil moisture conditions in runoff production, iii) empirical modeling of rainfallrunoff relationships at the event scale and iv) definition of the importance of interannual rainfall variation on discharge production. The analysis were based on rainfall and runoff which were monitored at a time resolution of 5 minutes and periodically measured soil moisture from various depth in the valley bottom. Regression analysis as well as the comparison of hydrographs illustrate on the importance of antecedent rainfall conditions. Soil moisture in the valley bottom was crucial to understand the hydrological behaviour of the catchment. A soil moisture threshold of 0.37 m3 m-3 was defined above which runoff coefficients increase sharply. This situation is reached with 170 mm of antecedent rain falling in a continuous way. The results indicate that saturation excess flow and preferential subsurface flow processes are responsible of most of the runoff generated. Hortonian type overland flow dominates under dry soil conditions and is produced by high intensity rainfall.
Non-linear regression analysis with data grouped according to antecedent catchment conditions produced highly significant regression models, explaining event discharge with three variables: Maximum 60-minute rainfall intensity (I60), event rainfall minus I60 and mean antecedent daily rainfall. Variability of monthly runoff is best explained by interannual rainfall variation rather than by mean seasonal distribution. During droughts, which are a common feature in the Mediterranean, discharge was very low. Runoff is highly concentrated in time with 10% of the months accounting for 85% of total discharge.
- español
