Conectividad hidrológica en un sistema hidrológico no típico

Abstract

Los sistemas hidrológicos de llanura, como todo sistema natural, presentan un funcionamiento complejo producto de la sinergia entre variables de distinta naturaleza que se expresan en diferentes escalas y niveles de detalle, lo cual se manifiesta en patrones (organizados o no) que permiten inferir la estructura del paisaje y el grado de conectividad dentro del sistema. El objetivo de la presente tesis fue analizar la conectividad hidrológica a partir del estudio de la humedad superficial del suelo en la matriz de pastizales naturales sometidos a anegamientos prolongados y pastoreo en el sector llano de la cuenca del Azul, que se comporta como un Sistema Hidrológico No Típico, y así elaborar un modelo conceptual de su variabilidad espacio-temporal en condiciones hidrológicas contrastantes. La definición de conectividad hidrológica adoptada en la presente investigación está sustentada en aspectos ecológicos e hidrológicos al abordar tanto su arista estructural como funcional, en sus dimensiones horizontal y vertical; es decir, se aceptó el desafío de analizar el patrón que expresa la humedad superficial del suelo en el paisaje y, al mismo tiempo, inferir el modo en que ese patrón espacial se traduce en flujos de materia y energía. La metodología se caracterizó por su propuesta multiescalar. En primer lugar, en un análisis puntual, se evaluó la variación espacial y temporal de la humedad superficial del suelo a partir del análisis integral de variables físicas (como la posición en el relieve, el tipo de suelo y el tipo de cobertura vegetal), y de estado (como la profundidad del nivel freático y el almacenamiento de agua en el suelo) en diferentes ambientes. Luego, mediante un análisis distribuido, se calculó la humedad estimada del suelo a partir de la aplicación de un índice de estrés hídrico a fin de identificar aquellos sectores del paisaje que gobiernan la conectividad hidrológica horizontal del sistema. Por último, se analizó la relación entre la evolución de la profundidad de los niveles freáticos obtenidos de la aplicación de un modelo matemático simplificado de flujo subterráneo y el comportamiento de la humedad superficial del suelo. La investigación se llevó a cabo con datos y registros pertenecientes al período comprendido entre abril de 2018 y marzo de 2019, durante el cual se presentaron condiciones hidrológicas contrastantes. Todos los análisis, además, se llevaron a cabo considerando la ubicación en el paisaje de los diferentes sitios de muestreo, por lo que se definieron los siguientes ambientes: Grupo A: sitios ubicados sobre las orillas de los cuerpos de agua someros (cubetas de deflación y pequeños canales), con suelos con drenaje deficiente desde la superficie, y cobertura de Praderas de Hidrófitas. Grupo B: sitios ubicados en planicies extendidas, con suelos que presentan en su perfil una fuerte cementación dada por un horizonte con carbonatos de calcio por debajo de los 40 cm de profundidad, y cobertura vegetal de Praderas Húmedas de Mesófitas. Grupo C: sitios ubicados sobre la matriz plana del paisaje, con suelos que tienen alto contenido de sales en superficie, y la cobertura vegetal presenta una proporción significativa de suelo desnudo y Estepas de Halófitas. Grupo D: sitios ubicados sobre lomas y dunas longitudinales, con suelos profundos y bien drenados, y cobertura de Praderas de Mesófitas o cultivos. En el análisis puntual, a lo largo del período de muestreo, algunos sitios registraron valores muy altos y casi constantes de la humedad superficial del suelo (grupo A, entre 0,47 y 0,64 m3/m3); otros registraron valores muy bajos y casi invariables (grupo C, entre 0,13 y 0,28 m3/m3), y otros mostraron valores intermedios (grupo B, entre 0,23 y 0,51 m3/m3, y grupo D, entre 0,20 y 0,36 m3/m3) con un espectro de variación más amplio. La dinámica de la humedad superficial del suelo en cada ambiente fue asociada con la evolución tanto del nivel freático como del almacenamiento de agua en el suelo. En algunos ambientes, ambas variables estuvieron significativamente involucradas en la explicación de la variable respuesta (grupos B y C), y en otros, el almacenamiento del agua en el suelo fue el más predictivo, ya que la profundidad del nivel freático se mantuvo relativamente estable (grupos A y D). A partir de este análisis puntual se comprobó que, a pesar de que el área de estudio tiene un relieve extremadamente plano, emerge un patrón aparentemente organizado de humedad del suelo en los períodos húmedos, mientras que durante los períodos secos el patrón se vuelve difuso en todo el paisaje con variaciones de la humedad superficial del suelo en un rango estrecho (excepto en lugares muy cercanos a los cuerpos de agua superficial, los cuales mantienen sus valores altos de humedad superficial del suelo). En el análisis distribuido planteado a partir del análisis de la correspondencia entre el índice TVDI (Temperature Vegetation Dryness Index) y el contenido de humedad del suelo, se demostró la existencia de una relación lineal significativa en la cual el índice presentó sensibilidad en la detección de las fluctuaciones temporales y espaciales del contenido de agua en el suelo. De este modo, se establecieron ecuaciones de transformación a HES (Humedad Estimada del Suelo) de manera diferencial para cada uno de los grupos de ambientes. El patrón de humedad superficial del suelo fue identificado a partir del cruce entre las imágenes de HES correspondientes a los meses con excesos hídricos (junio/julio y julio/septiembre), en los cuales se expresa una impronta que refleja la ubicación de las vías de escurrimiento preferencial del agua superficial. Por otra parte, los cruces entre los meses con déficit hídricos (septiembre/diciembre, diciembre/febrero y febrero/marzo) evidenciaron que el patrón organizado de humedad del suelo se pierde y la respuesta se vuelve homogénea en toda el área de estudio. En suma, los resultados alcanzados demostraron que la metodología propuesta es adecuada para estimar la humedad del suelo en una zona de llanura con matriz de pastizales naturales a través del cálculo del TVDI con imágenes de media resolución, como así también para identificar su patrón en el paisaje y cuantificar su evolución mediante la clasificación de los valores estimados de acuerdo a rangos, identificando períodos de distinto grado de conectividad hidrológica dentro del sistema. Por último, la conectividad hidrológica vertical del sistema fue inferida a partir de la correlación entre el contenido de humedad del suelo (estimada a partir de un índice espectral validado con mediciones puntuales) y la profundidad del nivel freático (simulado mediante un modelo matemático simplificado), lo que reflejó no solo la fuerte dependencia entre ambas variables sino, además, el comportamiento diferencial de las mismas en condiciones hidrológicas contrastantes del sistema. En zonas de llanura, la dinámica y distribución espacial de la humedad superficial del suelo obedece a la configuración no solo de la vegetación, las propiedades del suelo y la posición en el paisaje, sino que también está afectada por el proceso de evapotranspiración que impacta directamente sobre el acuífero (el cual, a su vez, afecta al contenido de humedad del suelo). El abordaje de la conectividad hidrológica planteado en esta investigación pretendió, así, identificar el patrón de la humedad superficial del suelo en el paisaje, y explicar (al menos en parte) la organización de ese patrón mediante el entendimiento del proceso que subyace a su creación.