Relación entre humedad del suelo y caudal a lo largo del Duero: Análisis con bases de datos satelitales

Abstract

La humedad del suelo es ampliamente reconocida como elemento clave en los procesos de lluvia-escorrentía y, por lo tanto, en la modelización y estudio del ciclo hidrológico, debido a que delimita la parte de lluvia que se infiltra dentro del suelo y la parte que pasa a formar la escorrentía superficial. En este trabajo se estudia la relación entre la humedad del suelo y la escorrentía, a partir de un análisis de correlación entre datos satelitales de humedad del suelo y caudales registrados en estaciones de aforo a lo largo de la cuenca del Duero, desde la cabecera hasta Zamora. También se estudia la variación de esta relación entre ambas variables respecto al aumento de la superficie de la cuenca vertiente. Para ello se han utilizado los productos satelitales Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) y Climate Change Initiative Soil Moisture (CCI SM), tanto de la zona superficial (0-5 cm) como del perfil (0-100 cm), con el objetivo de dotar al análisis de una mayor diversidad en cuanto a productos satelitales y de analizar la idoneidad de los mismos y a diferentes profundidades. Estos datos de humedad del suelo, seleccionados como los más idóneos, se han utilizado para aplicar el modelo de regresión logarítmica a escala decadal desarrollado por Scipal et al. (2005), el cual simula caudales partiendo de datos de humedad del suelo. Este modelo se calibra en base al desfase temporal (diferencia entre el tiempo de respuesta de ambas variables a un evento de precipitaciones), lo que permite conocer, por un lado, si existen realmente desfases temporales y, por otro lado, si estos desfases temporales varían con el aumento de la superficie de la cuenca vertiente. Por último, se han calculado los puntos críticos de humedad del suelo y caudales a partir de los cuales ambas variables se desacoplan, es decir, dejan de estar relacionadas. Estos valores críticos son de gran utilidad, ya que permiten conocer los puntos a partir de los cuales el suelo no es capaz de almacenar más agua, y la formación de escorrentía pasa a depender fundamentalmente de la cantidad y la intensidad de la lluvia. La obtención de estos valores críticos se ha complementado con la estimación de la probabilidad y periodo de retorno de ocurrencia de los mismos, con el fin de estudiar el comportamiento de estos puntos e inferir información útil de cara al análisis del riesgo hidrológico. Los resultados de correlación entre humedad del suelo y caudal muestran valores más altos con los datos procedentes del producto SMOS, obteniéndose mejores resultados, a 7 su vez, con los datos referidos al perfil frente a la capa superficial. Esto puede deberse a una sobreestimación de la humedad del suelo por parte de los datos satelitales que no ocurre en la estimación para la obtención de datos del perfil. También se observa un aumento de los valores de la correlación entre ambas variables según aumenta la superficie de la cuenca. Del mismo modo ocurre con los valores de correlación que muestra la calibración del modelo presentado, ajustándose más, por tanto, cuanto mayor es la superficie de la cuenca. Por otro lado, no se observa desfase temporal en el modelo que utiliza datos referidos al perfil mientras que en el modelo que utiliza datos referidos a la superficie se observa un desfase temporal de 10 días a partir de cuencas con áreas superiores a 10.000 km². Por último, los puntos de humedad del suelo y caudal críticos muestran una mayor probabilidad de ser alcanzados y, por tanto, un menor periodo de retorno para los puntos críticos obtenidos del modelo que usa datos de humedad del suelo del perfil frente a los valores ofrecidos por el modelo que usa datos superficiales.