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ESTUDIO PRELIMINAR DE LA ESCORRENTÍAHÍDRICA SUPERFICIAL EN ÁREAS RESTAURADAS

DE MINERÍA DE CARBÓN A CIELO ABIERTO

Sonia Berga

099-134 Sonia Berga:(99-134) Sonia Berga 23/06/15 16:08 Página 99

ESTUDIO PRELIMINAR DE LA ESCORRENTÍAHÍDRICA SUPERFICIAL EN ÁREAS RESTAURADASDE MINERÍA DE CARBÓN A CIELO ABIERTO*

Sonia Berga

RESUMENSe presentan los resultados preliminares del estudio de la escorrentía generada mediante lluvia simulada, en

escombreras de minas de carbón a cielo abierto en Teruel. Debido a las especiales características de estos suelosartificialmente creados en las escombreras, se pueden describir un gran número de parámetros y una granvariabilidad de respuestas de estos suelos.

En las primeras simulaciones realizadas se ha observado que la pendiente de las escombreras, la capacidadinicial de retención de humedad del suelo y la presencia de material estéril en superficie, son determinantes dela cantidad de escorrentía generada.

Palabras clave: lluvia simulada, escorrentía, mina de carbón a cielo abierto, escombrera.

ABSTRACTThe preliminary study of the hydric superficial runoff in restored areas of coal surface mining.

The preliminary results about the runoff study in spoil banks of coal surface mining (Teruel, Spain) usingsimulated rainfall, are presented. Because of the special characteristics of those artificial soils covering spoilbanks, a great number of parameters and soil behaviors may be descrived.

For the first simulations, the amounth of runoff depends basicaly on the following variable: The slope ofspoil banks, the previos soil moisture and the presence of superficial spoils (waste).

Key words: simulated rainfall, runoff, coal surface mining, spoil bank, Teruel (Spain).

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PP. 9

9-13

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ISSN

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* Resumen del trabajo realizado mediante una ayuda concedida por el Instituto de Estudios Turolenses en su XIIConcurso de Ayudas a la Investigación de 1993.


INTRODUCCIÓN

La minería de carbón a cielo abierto ocasiona importantes impactos ambientales. Además delimpacto visual que suponen los grandes movimientos de tierras, como la creación de grandes hue-cos y escombreras, estas prácticas conducen al desencadenamiento, rápido e irreversible, de proce-sos erosivos que tienen como consecuencia la progresiva pérdida del suelo creado en la restaura-ción. Especialmente en las zonas donde se localizan las escombreras, es muy difícil modelizar surespuesta ante los procesos erosivos, debido a la gran variabilidad de características que presentan.Son numerosos los factores que inciden en la implantación y desarrollo de la vegetación, y por lotanto en la estabilización del suelo, como uno de los principales factores de control de la erosión.La profundidad y textura del suelo creado presenta una gran variabilidad espacial y la implantaciónde la vegetación es un proceso lento y complejo.

El objetivo general del estudio es determinar la tasa de escorrentía superficial generada en lasescombreras para distintas intensidades de lluvia y realizar un estudio cualitativo de la escorrentía,en cada punto de estudio, para establecer relaciones entre los distintos parámetros que la condicio-nan (intensidad de la precipitación, pendiente, tipo de suelo, humedad natural del terreno, volu-men de sedimentos transportados, tipo y porcentaje de vegetación, pedregosidad, pérdida denutrientes, etc.); con el fin de modelizar el comportamiento erosivo de las escombreras ante distin-tas condiciones. La completa caracterización de las parcelas, que pretende este estudio, puede ayu-dar a establecer relaciones causa-efecto de algunos problemas de crecimiento de vegetación queaparecen en las zonas restauradas.

Las parcelas de experimentación seleccionadas pertenecen a la escombrera exterior de lasexplotaciones de carbón a cielo abierto de “El Moral” y “Los Alemanes”, pertenecientes a la empresaMinas y Ferrocarriles de Utrillas S.A. Estas escombreras cubren las vertientes del cerro “El Moral”,localizado en el término municipal de Utrillas.

Esta zona queda incluida en la unidad climática mediterránea, subtipo mediterráneo templado.La caracterización climática se ha establecido con los datos de la estación metereológica deMontalbán (situada a una altitud de 873 msnm y coordenada UTM: XL856227). Las medias anualesproporcionan una precipitación de 484 mm, distribuida irregularmente en el tiempo. Durante losmeses estivales (julio y agosto) la precipitación es muy escasa y origina una estación característicadel clima mediterráneo, en la época invernal vuelven a producirse mínimos de pluviometría, refle-jando la acusada continentalidad de la zona. Así mismo la característica de las lluvias, en las épocasde mayor precipitación (otoño y primavera), es su torrencialidad. La temperatura media anual varíaentre los 13,9 y 14,7 ºC, y la amplitud térmica entre las máximas absolutas y las mínimas absolutaspuede alcanzar los 45 ºC. La elevada evapotranspiración anual (865,9 mm) hace que el déficit hídricoanual de la zona sea próximo a los 400 mm. Sin embargo, este déficit se ve algo amortiguado en lazona donde se localizan las parcelas de experimentación, ya que la mayor altitud orográfica permiteuna relativa mayor disponibilidad de agua. El balance hídrico de la zona permite concluir que existeun déficit anual que varía entre los 190 y 200 mm, repartidos desde octubre a junio.

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ESTUDIO PRELIMINAR DE LA ESCORRENTÍA HÍDRICA SUPERFICIAL EN ÁREAS RESTAURADAS DE MINERÍA DE CARBÓN A CIELO ABIERTO 86 [ I ] 1998

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METODOLOGÍA

El presente estudio se ha llevado a cabo mediante el uso de diferentes métodos y técnicas detrabajo. En el campo se han realizado 9 simulaciones de lluvia y medidas “in situ” del volumen y laconductividad eléctrica de la escorrentía generada en la simulación. Estas simulaciones se llevarona cabo en el mes de marzo. Las muestras recogidas en campo, tanto de suelo como de escorrentía,fueron analizadas en el Laboratorio Agrario de la DGA (Aula Dei, Zaragoza). Además del tratamien-to de los datos de campo, se ha realizado un análisis estadístico, basado fundamentalmente en laestadística descriptiva, regresiones y correlaciones entre los distintos factores analizados.

La elección de las parcelas se ha realizado de manera que pudieran cumplirse los objetivos delestudio. Por ello, se han elegido 9 parcelas con variables distintas, siendo dos de ellas las que repre-sentan la condición ideal para la implantación de la vegetación y minimización de la erosión (parce-la n.º 5) y la que representa la peor situación (parcela n.º 6), ya que, a diferencia del resto de las par-celas, carece de tierra vegetal y la simulación se ha realizado directamente sobre el estéril de mina.En las parcelas seleccionadas se ha encontrado una gran variabilidad de condiciones de textura,profundidad y composición del suelo, pedregosidad, vegetación, pendiente, orientación, etc. En latabla 1 se recogen las características principales de cada una de las parcelas.

Entre las características medidas en campo, se ha considerado la exposición de las parcelas, yaque ésta es una variable que condiciona la implantación y el desarrollo de la vegetación. Las medi-das realizadas se han homogeneizado en función de las horas de sol al día que reciben los taludes,según la tabla de conversión propuesta por CLAVER et al. (1991).

La pendiente de las parcelas varía entre 12º y 31º y la posición de la parcela en la ladera se haclasificado como baja, media y alta; ya que la respuesta hídrica de los suelos varía en función de suposición en la ladera, siendo menor la escorrentía generada a medida que la posición en la ladera esmás baja.

Se han elegido además parcelas con y sin vegetación, para determinar cuál es la respuesta de laparcela en cada caso y determinar si existe una relación clara entre la existencia de vegetación y elvolumen de escorrentía producido. La vegetación de las parcelas consiste en una mezcla de praten-ses compuesta fundamentalmente por Festuca rubra, Festuca arrundinacea, Poa pratensis yLonium perenne. El porcentaje de cubrimiento de vegetación varía entre el 8% y el 60%.

En cada parcela se han tomado muestras de suelo, en las que se han analizado los siguientesparámetros: textura, contenido en materia orgánica (%), macroelementos y microelementos, pH,conductividad eléctrica, capacidad de retención de humedad, etc. (Anexo I, tabla II). De las mues-tras de escorrentía recogidas se han analizado, además de la salinidad, pH y dureza, los nutrientesy microelementos exportados, con el fin de determinar la pérdida de nutrientes asimilables por laplanta (Anexo I, tabla III).

Las parcelas seleccionadas tienen un diámetro de 0,24 m2. El infiltrómetro de lluvia simuladautilizado es igual al descrito por CALVO et al. (1988), la boquilla de aspersión utilizada es de la


Se han utilizado dos intensidades distintas de lluvia. Con una intensidad (46 mm/h), quecorresponde a una intensidad muy próxima a la precipitación máxima media de las lluvias torren-ciales de la zona, se ha realizado la simulación de las cinco primeras parcelas. Las cuatro parcelassiguientes se realizaron con una precipitación de 60,8 mm/h. Los tiempos de duración de la lluviahan sido distintos para cada parcela, ya que únicamente se ha mantenido la simulación el tiemponecesario para la estabilización de la escorrentía, medida “in situ”.

El volumen y conductividad eléctrica de la escorrentía generada se ha medido a intervalos detiempo de 1 minuto, mientras que las medidas del total de sedimentos evacuados y las determina-ciones químicas de la escorrentía se han tomado a distintos intervalos de tiempo en función de larespuesta hídrica de cada parcela (Anexo I, tabla III).

Los resultados de las simulaciones se analizaron a partir de parámetros obtenidos directamentede las medidas de campo y de la modelización de la escorrentía mediante la ecuación de HORTON(1940):

i = fc - (fo-fc) e at

i = tasa de infiltración instantáneafc = infiltración final o constante


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TABLA 1

Características generales de las parcelas

GRANULOMETRÍAPARCELA EXPOSICIÓN ORIENTACIÓN PENDIENTE POSICIÓN VEGETACIÓN PEDREG. SUELO

(º) (h/d) (º) LADERA (%) (%) ARE. L.G. L.F. ARC.

1 __________ 150 5,6 19 BAJA 0 35 T.V. 36,9 11,6 24,7 26,72 __________ 150 5,6 19 MEDIA 40-45 25-30 T.V. 43,5 9,6 21,3 25,53 __________ 107 12 14 BAJA 0 5 T.V. 39,5 7,9 20,2 32,34 __________ 125 11,8 18 BAJA 0 3 T.V. 43,9 7,1 17,8 31,15 ___________ 75 9,2 12 BAJA 60 20-25 T.V. 43,9 7,5 17,5 31,16 __________ 128 4,9 20 ALTA 0 1 E. 12,2 19,3 40,3 28,17 __________ 112 5,6 22 BAJA 8 15-20 T.V. 57,2 6,7 12,7 23,18 ___________ 60 8,9 19 ALTA 45-50 50-55 T.V. 53,9 18,1 16,4 19,49 ___________ 30 8,7 31 ALTA 0 25-30 T.V. 31,8 12,5 26,6 28,9

Suelo: T.V.: Tierra vegetal; E: Estéril.Granulometría: ARE.: Arenas en %; L.G.: Limo grueso en %; L.F.: Limo fino en %; ARC.: Arcillas en %.

marca HARDY (Hardy, modelo 1553-10) y la presión de bombeo es de 1,6 atm., con lo que se consi-gue una distribución de lluvia muy uniforme (LLOVET et al., 1994). Para la simulación se utilizóagua destilada, con el fin de que las determinaciones químicas de la escorrentía no resultaran fal -sea das.


fo = infiltración inicialt = tiempoa = decaimiento exponencial de la tasa de infiltración instantánea

La jerarquización de los valores de fc se ha seguido según los propuestos por CERDÀ (1993):


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INFILTRABILIDAD fc (mm/h) fc (mm/h)

ALTA 40-50 MUY ALTA >55ALTA 50-55

40-50MEDIA 20-40 MEDIA-ALTA 35-40

MEDIA 25-35MEDIA-BAJA 20-25

BAJA 0-20 BAJA 10-20MUY BAJA 0-10

RESULTADOS

TASAS DE ESCORRENTÍA Y VOLUMEN DE SEDIMENTOSGENERADOS EN LA SIMULACIÓN

El porcentaje de lluvia que se transforma en escorrentía presenta en general valores muy altos(tabla 2). Son relativamente más altos los valores resultantes de la simulación realizada a mayorintensidad de lluvia. Para las primeras parcelas, sometidas a una intensidad de lluvia de 46 mm/h,la escorrentía varía entre un 16,31% y el 56%; mientras que para las parcelas en las que se ha utiliza-do una intensidad de 60,8 mm/h, el porcentaje de escorrentía varía entre 54,7% y 83,55%. Estosvalores son muy altos, sin embargo hay que resaltar que estos valores están ligeramente sobrevalo-rados, ya que al medir el volumen de escorrentía generada, “in situ”, se miden también los sedi-mentos exportados de la parcela.

Las parcelas 1 y 2 presentan la misma orientación aunque su posición en la ladera es distinta.Su respuesta ante la simulación indica que el volumen de escorrentía generado en la parcela 2 esmayor que en la 1, aunque la cantidad de lluvia caída es ligeramente menor. La capacidad de infil-tración de la parcela 2 es menor que en la parcela 1, como queda reflejado por su menor frente deinfiltración. Esto puede ser debido a su posición en la ladera, ya que el perfil del suelo en esta zonatiene menor espesor que en una posición más baja, en la que se acumula el material erosionado enlas zonas más altas. En el momento inicial de la escorrentía en la parcela 2 se libera menor volu-men de escorrentía, debido a la intercepción de la vegetación, aunque posteriormente el volumenes mayor, debido a la menor capacidad de infiltración del suelo. Por otra parte, en la parcela 1 laproducción de sedimentos es menor, respecto a la parcela 2, contrariamente a lo que cabría esperaren un suelo desnudo.


Las parcelas 3 y 4 presentan un menor volumen de escorrentía respecto a las dos anteriores, yaque las características que presentan, orientación sur, mayor proporción de elementos finos (ensuperficie se observa abundante material estéril), menor pedregosidad, etc., son muy distintas.Estas parcelas presentan una mayor capacidad de infiltración, respecto a las anteriormente descri-tas, como queda reflejado en su frente de infiltración (tabla 3). Esto es debido a que estas parcelasson labradas para sembrar posteriormente la mezcla de herbáceas, este labrado rompe la estructuradel suelo hasta una profundidad de aproximadamente 50 cm y el suelo presenta una menor com-pactación subsuperficial, lo cual permite una mayor penetración del agua. El volumen de escorren-tía producido en la parcela 3 es mayor que en la parcela 4. Su capacidad de infiltración es menor yesto se refleja en el frente de infiltración de ambas (mayor en la parcela 4), la única diferencia entreambas es textural, la parcela 4 presenta un mayor porcentaje de arena, lo cual aumenta la capaci-dad de infiltración. Respecto a la producción de sedimentos, es en la parcela 3 donde se generamayor cantidad.

La parcela 5 es la que ha generado un menor porcentaje de escorrentía, tan sólo un 16,31%. Estaparcela es la que presenta las mejores condiciones de pendiente, vegetación, pedregosidad, buenascaracterísticas texturales y una posición baja en la ladera. Estas características hacen posible unamayor capacidad de infiltración del terreno, lo que viene demostrado por un frente de infiltraciónalto (30 cm) y una menor producción de sedimentos.

La parcela 6 es la que representa el caso más desfavorable en lo que respecta a sus característi-cas, posición alta en la ladera, pendiente 20º y como substrato estéril de mina (sin estructura y tex-turalmemte muy desfavorable), que determinan una baja capacidad de infiltración, como lodemuestra un frente de infiltración muy bajo (2,5 cm). La respuesta hídrica de la parcela quedadefinida por un porcentaje de escorrentía del 65%.


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TABLA 2

Volumen de escorrentía generada (ml) y porcentaje de lluvia que se transforma enescorrentía, para las dos intensidades de lluvia simuladas, 46 y 60,8 mm/h respectivamente

VOLUMEN DE LLUVIA GENERADAPARCELA 0,24 m2 1 m2 %

ESC. (ml) ESC. (ml) I.LL. (46 mm/h) I.LL. (60,8 mm/h) ESCORRENTÍA

1 ____________ 4.160 17.333,3 32,31 53,632 ____________ 4.281 17.837,5 31,85 56,003 ____________ 2.215 9.229,1 31,57 29,234 ____________ 1.144 4.766,6 23,8 20,025 ______________ 969 4.037,5 24,74 16,316 ____________ 4.741 19.754,1 30,4 64,987 ____________ 5.391 22.462,5 30,4 73,888 ____________ 3.323 13.845,8 25,3 54,79 ____________ 6.096 25.400 30,48 83,55


La parcela 7 presenta un porcentaje de escorrentía muy elevado (73,88%), para una pendientede 22º. La producción de sedimentos en esta parcela es la más elevada de las registradas. La capaci-dad de infiltración es muy pequeña, como lo demuestra el valor del frente de infiltración (2,5 cm).Para una misma intensidad de lluvia, el volumen de escorrentía y los sedimentos producidos sonmayores en esta parcela respecto a la anterior.

Las parcelas 8 y 9 se localizan en la misma ladera y ambas están en una posición alta en la lade-ra, sin embargo sus características texturales son muy distintas (la parcela 9 presenta mayor pro-porción de elementos finos que la parcela 8, mucho más arenosa). Además la parcela 8 presentauna cobertura vegetal superior y una pendiente muy inferior, respecto a la parcela 9. Estas diferen-cias en las características de ambas son las que determinan que el porcentaje de escorrentía y lossedimentos generados sean muy superiores en la parcela 9, que además es la que presenta el por-centaje de escorrentía más elevado.


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TABLA 3

Respuesta de las parcelas a la intensidad de lluvia (mm/h), duración de la simulación (min)y el caudal generado (Q). Porcentaje de escorrentía, retención de la humedad

(% medido a 1/3 atm.), y frente de infiltración (cm) medido en campo

PARCELA INTENSIDAD DURACIÓN VOLUMEN FRENTE RETENCIÓN ESCORRENTÍALLUVIA LLUVIA LLUVIA INFILTRACIÓN HUMEDAD (%) (%)(mm/h) (min) (l) (cm) (1/3 atm.)

1 ______________ 46 41 32,31 16 20,38 53,632 ______________ 46 40 31,85 14,5 19,49 56,003 ______________ 46 40,16 31,57 35 19,14 29,234 ______________ 46 30 23,80 >50 19,76 20,025 ______________ 46 31,09 24,74 30 19,5 16,316 ______________ 60,8 30,04 30,4 2,5 – 64,987 ______________ 60,8 30 30,4 2,5 – 73,888 ______________ 60,8 25 25,33 3,5 – 54,79 ______________ 60,8 30 30,4 1,5 – 83,55

RELACIÓN ENTRE EL VOLUMEN DE ESCORRENTÍAY LOS SEDIMENTOS GENERADOS EN LA SIMULACIÓN

Las únicas parcelas que presentan un comportamiento uniforme en los parámetros relaciona-dos, son las parcelas 5 y 9. En éstas se observa una relación inversa entre el volumen de escorrentíagenerada y la producción de sedimentos, es decir, ante un aumento del volumen de escorrentía dis-minuyen los sedimentos producidos. La parcela 1 presenta el mismo comportamiento, aunque


menos marcado. La parcela 6 presenta una relación directa entre ambos, al aumentar el volumen deescorrentía aumentan los sedimentos producidos. Para las parcelas 3 y 8, al aumentar el volumende escorrentía, en primer lugar disminuyen los sedimentos para aumentar progresivamente. Lasparcelas 2 y 7 no presentan una pauta de comportamiento clara, aunque se observa que al aumen-tar o disminuir la escorrentía, la producción de sedimentos presenta la misma pauta de comporta-miento (Anexo I, tabla I y Anexo II, figura 1). Analizando las 9 parcelas conjuntamente no sepuede establecer una pauta de comportamiento clara más que entre estos parámetros (Anexo II,figura 3).

CARACTERÍSTICAS DE LA RESPUESTA HÍDRICA DE LAS PARCELAS

Para caracterizar la respuesta hídrica de las parcelas, se ha aplicado el modelo de Horton (1940).Los resultados, para cada parcela, han sido los siguientes (tabla 4 y Anexo II, figura 2):

Parcela n.º 1. La capacidad de infiltración de la parcela es baja. La forma de la curva de escorren-tía representa un ascenso rápido de la escorrentía, indicando una baja capacidad de infiltración. Elgrado de impermeabilidad lo denota también la demora del inicio de escorrentía (3,47 minutos), eltiempo de estabilización de la escorrentía (13 minutos) y un frente de infiltración de 16 cm. De laecuación de Horton se ha obtenido para esta parcela un valor de 0,30 para el parámetro “a” (pen-diente de la curva de infiltración) y un valor 14,79 para la tasa de escorrentía fc, lo cual indica unainfiltrabilidad baja.

Parcela n.º 2. Se trata de materiales con una baja capacidad de infiltración ya que el frente deinfiltración no supera los 14 cm. Una impermeabilidad alta ya que el coeficiente de escorrentía esdel 58%. La curva presenta un ascenso moderadamente rápido como lo denota la demora del iniciode la escorrentía en 3,42 minutos. Una vez comenzada ésta, los valores de escorrentía se incremen-tan alcanzándose los máximos valores aproximadamente a los 12-13 minutos después. El valor delparámetro “a” de Horton es de 0,25, que corresponde a hidrogramas de ascenso rápido pero sincambios bruscos de pendiente. El valor de fc es 14,6 lo que indica una infiltrabilidad baja.

Parcela n.º 3. La capacidad de infiltración es media, como lo demuestra la profundidad del fren-te de infiltración (35 cm) y la demora en el inicio de la escorrentía en superficie 7,14 minutos. Elgrado de impermeabilización no es alto como lo demuestra el coeficiente de escorrentía de 0,31 y elcoeficiente “a” de Horton de 0,06. Sin embargo, el valor de fc es bajo. Además, hasta el minuto 20no se recogen escorrentías significativas, esto es debido a la presencia de un surco que atraviesa laparcela. Esta presenta una curva de escorrentía en la que no se ha llegado a la estabilización de éstasino a un progresivo ascenso. Los cambios bruscos en la escorrentía se deben a la existencia de sur-cos que retienen la escorrentía hasta que los rompen o desbordan, produciéndose un aumentobrusco de la escorrentía en este momento.

Parcela n.º 4. El inicio de la escorrentía en superficie es en el minuto 9,5, lo cual indica unacapacidad de infiltración media-alta, el frente de infiltración es superior a los 50 cm. Al igual que enel caso anterior la escorrentía no se estabiliza, sino que sigue aumentando progresivamente, aun-


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que los valores de escorrentía son menores. El coeficiente de escorrentía 0,22 es bajo, el valor delcoeficiente “a” de Horton es el más bajo de los registrados, 0,04, y el valor de fc, 13,03.

Parcela n.º 5. La capacidad de infiltración es media, como lo demuestra la profundidad del fren-te de infiltración (30 cm) y la demora en el inicio de la escorrentía en superficie 4,08 minutos. Lapendiente de la curva de escorrentía es baja (0,16), esto indica que el ascenso de la escorrentía esmoderadamente rápido y la estabilización de ésta es lenta, alcanzándose un valor máximo de esco-rrentía, relativamente bajo. El coeficiente de escorrentía ce es el más bajo de los registrados (0,17) yel valor de la tasa de infiltrabilidad fc es el más alto de los medidos (34,43), lo que indica, en con-junto, una infiltrabilidad media-alta. Las variaciones registradas en el hidrograma se deben a lainfluencia de la vegetación.

Parcela n.º 6. Se trata de un material con una baja capacidad de infiltración ya que el frente deinfiltración es tan sólo de 2,5 cm, la demora en el inicio de la escorrentía superficial son 2,02 minu-tos, el coeficiente de escorrentía es muy alto 0,70, así como por el valor del parámetro “a”, que hasido el más alto de los registrados (1,83). Estos valores indican la alta impermeabilidad de la parce-la. El valor de fc es muy bajo (11,68), lo cual denota una capacidad de infiltración baja. El hidrogra-ma real, medido en el campo, es el que más se aleja del modelizado por la ecuación de Horton. Laforma de la curva presenta un radio de curvatura bajo, un rápido ascenso de la escorrentía que seestabiliza a valores muy altos, próximos a 50 mm/h.

Parcela n.º 7. La alta impermeabilidad del terreno está demostrada por el inicio de la escorrentíaen salida con una demora de sólo 1,37 minutos, un frente de infiltración de 2,5 cm, el coeficientede escorrentía ce es muy alto (0,80), y el valor del parámetro “a” es 0,34. La escorrentía se estabilizaen el minuto 16-17 con valores muy altos, superiores a 50 mm/h. El ascenso de la escorrentía esmoderadamente rápido como se observa por la forma de la curva. El valor de fc es bajo (4,23), loque demuestra la baja infiltrabilidad del terreno.

Parcela n.º 8. Esta parcela muestra un comportamiento caracterizado por la baja capacidad deinfiltración del material, esto lo demuestra la demora en el inicio de la escorrentía en salida (3,19minutos) y un frente de infiltración muy pequeño (3,5 cm). El coeficiente de escorrentía es alto0,67 y el valor del parámetro “a” es medio (0,27), mientras que el valor de la tasa de infiltrabilidad fces muy baja (7,51). Estos datos indican la baja capacidad de infiltración de este suelo. La curvaturade la curva de escorrentía es muy amplia, lo que indica un ascenso de la escorrentía moderadamen-te rápido y una estabilización de ésta a 50 mm/h, en el minuto 17 aproximadamente.

Parcela n.º 9. La alta impermeabilidad de este suelo lo demuestra la demora en el inicio de laescorrentía en salida que es casi instantánea, exactamente a los 27 segundos de iniciarse la lluvia,además el frente de infiltración es muy superficial 1,5 cm. El coeficiente de escorrentía es el mayorde los medidos (0,98), así como el valor del parámetro “a” (0,96), lo cual nos indica una capacidadde infiltración muy baja y un crecimiento muy rápido de la escorrentía. Una vez se inicia la esco-rrentía el ascenso es muy rápido y la curva se estabiliza aproximadamente en el minuto 4, a unvalor muy próximo a 60 mm/h.


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TRATAMIENTO ESTADÍSTICO DE LOS DATOS

Además de la estadística descriptiva, se han utilizado regresiones (simples, múltiples y escalo-nadas) y correlaciones, para establecer las relaciones existentes entre las variables medidas, con elfin de establecer pautas de comportamiento que permitan determinar las relaciones existentesentre la respuesta erosiva de las parcelas y sus características principales.

1.º El porcentaje de escorrentía generada para las dos intensidades de lluvia elegidas no presen-ta una buena relación con la intensidad de lluvia cuando se analizan las 9 parcelas conjuntamente(r2= 0,45).

2.º Existe una relación directa entre la pendiente y el volumen de escorrentía generada (ml) ycon la escorrentía media (mm/h), con valores de r2= 0,67 y 0,68 respectivamente. Esta relaciónmejora al analizar únicamente las parcelas sometidas a una intensidad de precipitación de 60,8mm/h, dando una r2= 0,72.

3.º Existe una relación inversa entre el volumen de escorrentía generada (ml) y el frente de infil-tración, dando una r2= 0,67, que mejora cuando analizamos por separado las parcelas sometidas adiferente intensidad de precipitación, de esta manera obtenemos valores de r2= 0,71 y 0,80 respec-tivamente. Respecto a la relación entre el frente de infiltración medido en campo y la escorrentíamedia (mm/h) el valor obtenido es r2= 0,52.

TABLA 4

Respuesta hidrológica de las parcelas

PARCELA tp te Esc. m ce a fcn (min) (min) (mm/h) (dS/m)

1 _________________ 3,3 3,47 26,03 0,58 0,30 14,792 _________________ 3,06 3,42 26,03 0,58 0,25 14,63 _________________ 6,9 7,14 13,82 0,31 0,06 14,74 _________________ 9,3 9,5 9,68 0,22 0,04 13,035 _________________ 3,45 4,08 7,63 0,17 0,16 34,436 _________________ 1,37 2 40,84 0,7 1,83 11,687 _________________ 1,04 1,37 48,19 0,8 0,34 4,238 _________________ 2,08 3,19 38,03 0,67 0,27 7,519 _________________ 4,4 0,27 58,17 0,98 0,96 0,97MEDIA ___________ 3,88 3,83 29,82 0,56 0,47 12,88DES.STD. _________ 2,53 2,71 16,71 0,26 0,54 8,95

Parámetros hidrológicos más importantes, tp: tiempo de encharcamiento en superficie; te: tiempo de inicio de la escorrentía en superficie; Esc.m: escorrentía media; ce: coeficiente de escorrentía; a: exponente de la ecuación de Horton (pendiente de la curva de infiltración) y fc: tasa deinfiltración final estable.


4.º La capacidad de retención de humedad del suelo es una variable que presenta una perfectarelación inversa con el volumen de escorrentía generada (ml), resultando una r2 de 0,97.

5.º La escorrentía media (mm/h) está relacionada inversamente con el tiempo de inicio de laescorrentía en salida, con una r2= 0,70. Esta relación mejora cuando se analizan por separado lasparcelas que han sido sometidas a distinta intensidad de precipitación, siendo mejor la relaciónpara las parcelas sometidas a una intensidad de 46 mm/h (Anexo II, figura 5).

6.º El frente de infiltración está relacionado con la granulometría, fundamentalmente con laproporción de arena y arcilla (con valores de r2 de 0,72).

7.º No se puede establecer una buena relación entre la cobertura de vegetación, la pedregosidady la granulometría con el volumen de escorrentía generado, al analizar las parcelas conjuntamente.

8.º No se ha observado una pauta de comportamiento igual en las parcelas que tienen comocaracterística común la presencia o ausencia de vegetación.

CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DE LA ESCORRENTÍA GENERADA

La salinidad de las aguas de escorrentía es baja, ya que éstas presentan valores de conductividadeléctrica que oscilan entre 0,1 y 0,6 dS/m. Los valores más altos corresponden a la parcela 6, debidoa la elevada mineralización que presenta el estéril de mina, material que constituye la escombrera.

El pH del suelo es ligeramente básico y en las aguas de escorrentía los valores son ligeramenteinferiores a los que presenta el suelo. La única excepción la representa la parcela 6, ya que ademásde presentar un pH ácido, el agua de escorrentía presenta valores más altos de pH que el suelo.

También se observa un aumento del pH y una disminución de la dureza, con el aumento de lossedimentos producidos.

En la figura 5 se aprecia, en todos los casos, un descenso de la conductividad eléctrica con eltiempo. Así mismo, puede observarse la relación inversa entre el volumen de escorrentía (ml) y laconductividad eléctrica de la escorrentía (figura 4). Esta pauta de comportamiento es general y laúnica excepción la constituye la parcela 5, en la que frente a la disminución de la conductividadeléctrica con el tiempo, el pH y la dureza aumentan, mientras que los sedimentos producidos dis-minuyen a medida que avanza la simulación. El aumento de la dureza es debido al aumento del cal-cio. El comportamiento de la conductividad eléctrica en esta parcela no puede explicarse medianteel comportamiento de los cationes y aniones en disolución, sino por la disminución progresiva delos sedimentos generados. En la parcela 7 también se observa un comportamiento anómalo, la fluc-tuación en el tiempo de los valores de la dureza es debida al comportamiento del calcio, además deexistir una relación inversa entre la dureza y los sedimentos producidos.

En cuanto a los nutrientes, los únicos que aparecen en concentraciones suficientes como paraser detectados son el potasio y en algunos casos los nitratos (parcelas 3, 5 y 7). Estas parcelas sonsometidas a fertilización y por lo tanto este hecho es importante, puesto que la liberación demacronutrientes conduce a una pérdida de fertilidad progresiva del terreno.


111



112

Los microelementos y metales pesados también se liberan en las aguas de escorrentía aunqueen proporciones pequeñas.

CONCLUSIONES

– Debido a que el número de parámetros analizados es muy alto y se están relacionando parce-las que poseen una gran variabilidad de características, no se han podido establecer pautas de com-portamiento comunes y buenas relaciones para la mayor parte de las variables estudiadas. Por estemotivo, el análisis se ha realizado estudiando cada parcela individualmente y comparando aquellasparcelas que poseen alguna característica común.

– Independientemente de la intensidad de lluvia utilizada, los valores de escorrentía generadason muy altos, siendo más elevados los valores alcanzados en las parcelas sometidas a una mayorintensidad de precipitación. La escorrentía media para el conjunto de las parcelas es de 29,82mm/h, siendo los valores de escorrentía mínimo y máximo de 7,63 y 58,17 mm/h, respectivamen-te.

– Para una misma intensidad de lluvia, las variables que determinan, en mayor grado, la tasade escorrentía son la pendiente y la capacidad de retención de la humedad del suelo.

– En aquellas parcelas en las que se aprecia material estéril en superficie, la tasa de escorrentíaproducida es mayor. Esto es debido a que la mayor proporción de elementos finos crea una costraen superficie, por la que se origina una mayor escorrentía superficial.

– La presencia de vegetación no ha mostrado ser determinante en la producción de escorrentíay sedimentos. Esto es debido a que, excepto en la parcela 5, el porcentaje de cobertura vegetal y laaltura de la vegetación son bajas.

– La cantidad de escorrentía generada no presenta una relación directa con la producción desedimentos.

– Del análisis estadístico realizado se puede concluir que la tasa de escorrentía presenta unarelación directa con el tiempo de inicio de la escorrentía en superficie.

Agradecimientos

Agradecemos a la empresa Minas y Ferrocarriles de Utrillas S.A. la ayuda prestada y su disponi-bilidad, en todo momento, para la realización de este trabajo.



113

TABLA I

Volumen de escorrentía generado y total de sólidos en suspensión,totales y parciales, para cada parcela

PARCELA ESC. VOLUMEN (ml) T.S.S. (mg/l)

1-A ________________________________ 463,5 5.7171-B ________________________________ 990,5 3.6371-C ______________________________ 1.827 4.1381-D ________________________________ 789 4.292

TOTAL __________________________ 4.160 17.784

2-A ________________________________ 380 12.5792-B_______________________________ 1.011 11.1322-C ______________________________ 1.945 4.8512-D ________________________________ 854 2.783

TOTAL __________________________ 4.281 31.346

3-A ________________________________ 421 13.1233-B ________________________________ 693 7.3823-C ______________________________ 1.021 13.981

TOTAL __________________________ 2.215 34.518

4-A ________________________________ 392 12.3484-B ________________________________ 714 12.373

TOTAL __________________________ 1.144 24.721

5-A _________________________________ 78 10.3405-B ________________________________ 379 7.2675-C ________________________________ 476 5.145

TOTAL ____________________________ 969 22.752

6-A ________________________________ 955 21.7906-B_______________________________ 1.579 30.4036-C ________________________________ 987 23.4036-D ______________________________ 1.027 28.838

TOTAL __________________________ 4.741 104.434

7-A ______________________________ 1.226 77.1477-B ________________________________ 972 71.8907-C ______________________________ 1.080 89.3247-D ______________________________ 1.030 62.876

TOTAL __________________________ 5.391 301.247

ANEXO I



114

PARCELA ESC. VOLUMEN (ml) T.S.S. (mg/l)

8-A ________________________________ 808 3.6858-B ________________________________ 924 3.3068-C ______________________________ 1.032 4.142

TOTAL __________________________ 3.323 14.857

9-A ________________________________ 960 51.1869-B_______________________________ 1.013 50.0759-C ______________________________ 1.086 44.185

TOTAL __________________________ 6.096 196.079


TABL

AII

Cara

cter

izació

n fis

icoqu

ímica

de

los s

uelo

s sob

re lo

s que

se h

a rea

lizad

o la

sim

ulac

ión

MUE

STRA

DE S

UELO

RET.

HUM

EDAD

GRAN

ULOM

ETRÍ

A (%

)FE

RTIL

IDAD

CAT.

MIC

ROEL

EMEN

TOS

CAM

BIO

ASIM

ILAB

LES (

PPM

)

N1/3

15

AREN

ALI

MO

LIM

OAR

CILL

APH

SALI

NIDA

DM

AT.

FÓSF

ORO

POTA

SIO

CARB

.CA

LIZA

Mg

FeM

nCu

ZnAT

M.

ATM

.%TO

TAL

GRUE

SOFI

NOdS

/m 25

COR

G.%

OLDE

N PP

MPP

MTO

T.%AC

T.%

120

,389,2

536

,9611

,624

,7426

,78,1

40,1

91,0

62,1

62,2

12,8

2,32

8,74

6,22

0,78

0,86

219

,499,5

743

,549,5

921

,3125

,568,0

80,1

11,9

22,4

78,6

15,7

3,32,1

910

7,70,8

1,52

319

,1410

,4739

,567,8

720

,232

,368,0

61,5

11,5

93,2

96,6

10,7

2,72,4

419

,016,2

41,9

61,4

24

19,76

10,96

43,9

7,16

17,83

31,11

7,98

1,13

1,78

28,2

169,8

6,81,9

2,86

22,5

9,72,2

2,85

19,5

10,98

43,91

7,49

17,5

31,09

8,22

0,25

1,34

3,199

12,2

3,70,9

78,4

5,60,9

20,9

46

––

12,24

19,28

40,33

28,14

4,12

2,39

8,79

8,20

94,6

1,84,7

413

5,261

,790,6

62,6

07

––

57,24

6,69

12,67

23,12

8,28

0,18

0,64

7,410

6,411

,11,3

85,4

68,6

60,6

20,9

48

––

53,98

10,18

16,41

19,43

8,18

0,19

1,42

80,2

299,2

27,2

0,94

8,321

,682,2

42,4

29

––

31,81

12,59

26,68

28,92

8,16

0,31

0,91

30,10

134,4

5,61,1

5,16

9,26

1,62

2,18


115



116

TABL

AIII

Cara

cter

izació

n qu

ímica

de

las a

guas

de

esco

rren

tía, p

ara l

os d

istin

tos i

nter

valo

s de

tiem

po se

lecc

iona

dos

AGUA

SNU

TRIE

NTES

MIC

ROEL

EMEN

TOS

SALI

NIDA

DAN

IONE

SCA

TION

ES (m

g/l)

VARI

OS(m

g/l)

(mg/l

)(m

g/l)

NO3

NH4

PO4

KFe

CuM

nZn

C.E.

HCO 3

ClSO

4Ca

Mg

NaK

pHR.

A.S.

R.A.

S.dS

/maj.

1.-A

––

–0,7

8 –

––

–0,3

41,1

50,2

32,1

82,2

30,2

60,3

40,0

27,7

30,3

0,41

1.-B

––

–0,7

8–

––

–0,1

81,0

50,0

80,8

41,1

60,1

70,1

90,0

27,6

40,2

30,2

41.-

C–

––

0,39

––

––

0,16

1,95

0,09

0,57

1,03

0,15

0,21

0,01

7,74

0,27

0,31.-

D–

––

0,39

––

––

0,12

1,05

0,06

0,38

0,67

0,11

0,15

0,01

7,79

0,24

0,23

2.-A

––

–1,9

5–

––

–0,2

1,75

0,30,4

51,3

90,1

10,2

50,0

57,1

30,2

90,3

82.-

B–

––

2,34

––

––

0,21,7

50,2

50,3

51,3

0,12

0,31

0,06

7,44

0,36

0,47

2.-C

––

–1,1

7–

––

–0,1

31,2

0,18

0,41

0,84

0,07

0,18

0,03

7,52

0,26

0,26

2.-D

––

–1,5

6–

––

–0,1

41,1

0,26

0,59

0,62

0,10,3

90,0

47,5

10,6

50,5

5

3.-A

––

–3,5

1–

––

–0,3

81,2

0,22

3,86

2,56

0,49

0,24

0,09

7,39

0,19

0,28

3.-B

––

–3,5

0,55

––

–0,2

61,3

0,28

1,28

1,52

0,35

0,40,0

97,5

70,4

10,5

43.-

C2,7

3–

––

0,47

––

–0,2

31,1

0,25

1,23

1,29

0,29

0,26

0,07

7,56

0,29

0,32

4.-A

––

–5,0

7–

––

–0,3

41,3

0,28

2,81,8

20,3

80,4

10,1

37,5

10,3

90,5

44.-

B–

––

3,9–

––

–0,2

91,3

0,28

21,6

10,3

30,2

90,1

7,58

0,29

0,39

5.-A

––

–7,8

0,63

––

–0,4

32,6

50,3

70,4

0,2NO

NONO

NONO

NODE

T.DE

T.DE

T.DE

T.DE

T.DE

T.5.-

B5,4

6–

––

1,06

––

–0,2

61,8

50,3

0,71,7

80,2

0,42

0,14

7,64

0,42

0,62

5.-C

––

–5,0

72,1

––

–0,2

1,80,2

70,5

51,4

60,1

40,2

50,1

37,6

30,2

80,3

7

6.-A

––

–7,0

2–

–1,3

0,87

0,61

0,25

0,24,4

87,7

50,8

50,2

60,1

86,9

90,1

20,1

46.-

B–

––

4,68

––

0,99

0,64

0,48

0,30,1

53,9

95,5

70,5

70,2

20,1

27,1

0,12

0,14

6.-C

––

–4,2

9–

–0,9

52,2

90,3

40,2

0,14

2,91

3,78

0,40,2

30,1

17,1

10,1

60,1

36.-

D–

––

5,85

––

0,90,4

50,3

40,3

0,13

2,99

4,15

0,48

0,35

0,15

7,10,2

30,2

3

DURE

ZAIN

D.LA

NG.

12,45

-0,29

6,65

-0,69

5,9-0

,563,9

-0,62

7,5-0

,957,1

-0,67

4,5-0

,883,6

-1,03

15,25

-,53

9,35

-0,51

7,9-0

,71

11-0

,519,7

-0,48

NONO

DET.

DET.

9,9-0

,268

-0,42

43-1

,2430

,7-1

,1720

,9-1

,4823

,15-1

,38



117

TABL

AIII

Cara

cter

izació

n qu

ímica

de

las a

guas

de

esco

rren

tía, p

ara l

os d

istin

tos i

nter

valo

s de

tiem

po se

lecc

iona

dos

AGUA

SNU

TRIE

NTES

MIC

ROEL

EMEN

TOS

SALI

NIDA

DAN

IONE

SCA

TION

ES (m

g/l)

VARI

OS(m

g/l)

(mg/l

)(m

g/l)

NO3

NH4

PO4

KFe

CuM

nZn

C.E.

HCO 3

ClSO

4Ca

Mg

NaK

pHR.

A.S.

R.A.

S.dS

/maj.

7.-A

>10

––

5,46

0,89

––

0,19

0,14

1,15

0,08

1,58

1,54

0,25

0,13

0,14

8,02

0,14

0,16

7.-B

25*

––

7,41

1,37

––

0,12

0,12

1,20,0

91,1

31,9

0,27

0,19

0,19

8,13

0,18

0,24

7.-C

<10

––

6,24

2,35

––

0,40,1

11,3

50,1

0,36

1,31

0,23

0,11

0,16

8,27

0,12

0,15

7.-D

<10

––

7,81,4

6–

–0,1

10,1

11,5

0,09

0,49

1,44

0,27

0,18

0,28,3

0,19

0,25

8.-A

––

–21

,450,5

8–

0,38

0,74

0,22

1,35

0,31,5

62,1

20,4

50,0

90,5

58,2

70,0

70,1

18.-

B–

––

14,04

0,39

–0,3

0,11

0,19

1,75

0,20,6

71,8

40,3

40,0

80,3

68,2

70,0

70,1

18.-

C–

––

10,14

0,3–

0,21

0,22

0,14

1,45

0,17

0,78

1,67

0,27

0,20,2

68,3

10,2

0,28

9.-A

––

–13

,65–

–0,7

70,1

40,4

31,1

50,1

84,8

45,0

60,5

40,2

10,3

58,1

70,1

20,2

19.-

B–

––

8,58

––

0,16

0,35

0,26

0,75

0,14

2,72,7

60,3

50,2

70,2

28,2

60,2

10,2

79.-

C–

––

8,58

0,47

––

0,20,2

0,75

0,14

22,1

10,2

80,2

80,2

28,3

0,25

0,3

DURE

ZAIN

D.LA

NG.

8,95

-0,18

10,85

0,07

7,70,0

98,5

50,1

8

12,85

0,39

10,9

0,38

9,70,3

280,4

615

,550,1

411

,950,0

7



118

ANEXO II

Fig. 1. Relación entre el volumen de escorrentía y los sedimentos generados en la simulación.



119



120

Fig. 2. Respuesta hídrica de las parcelas, modelización según la ecuación de Horton.



121



122

Fig. 3. Relación entre el volumen de escorrentía (ml) y los sedimentos (TSS) producidos en las simulacio-nes.



123

Fig. 4. Variación temporal del volumen y de la conductividad eléctrica de la escorrentía generada.



124

Fig. 5. Caracterización química de la escorrentía. Variación temporal de la conductividad eléctrica (C.E.),aniones y cationes principales, pH, dureza y sedimentos producidos (TSS) en la simulación.



125



126



127



128

Fig. 6. Relación entre la escorrentía media (mm/h) y el momento de inicio de la escorrentía (min).



129

ANEXO III

Fot. 1. Parcela 1. Ladera norte, Cerro “El Moral”. Tierra vegetal, sin vegetación, posición en la laderaalta y pedregosidad media-alta.

Fot. 2. Parcela 2. Ladera norte, Cerro “El Moral”. Tierra vegetal, con vegetación, posición en la laderamedia y pedregosidad media.



130

Fot.

3. P

arce

la 3

. Lad

era

sur,

Cerr

o “E

l Mor

al”.

Sin

vege

taci

ón.

Pres

enta

surc

os.

Fot.

4. P

arce

la 4

. Lad

era

sur,

Cerr

o “E

l Mor

al”.

Sin

vege

taci

ón.

Pres

enta

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Fot. 9. Parcela 9. Ladera oeste, Cerro “El Moral”. Tierra vegetal, sin vegetación.


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Recibido el 13 de septiembre de 1995Aceptado el 18 de diciembre de 1995


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