Resumen

Esta tesis aborda el desarrollo de un modelo de producción, transporte y depósito de sedimentos a escala de cuenca.

Partiendo de una breve revisión del conocimiento de modelos de evolución del paisaje y específicamente de modelos de erosión se plantean las preguntas fundamentales que deben tenerse en cuenta en el modelo. Posteriormente se estudia la forma en que actualmente se resuelven dichas preguntas, basados tanto en el estado del arte del conocimiento como en la experiencia adquirida en la aplicación de modelos hidrológicos y sedimentológicos.

Con estas bases teóricas y prácticas se formula el modelo y se desarrolla un código de programación con los postulados de la formulación, que será la hipótesis de trabajo. El modelo diseñado es una suma de conceptos y herramientas técnicas coherentemente integradas de forma tal que permitan al usuario aplicar todo el conocimiento disponible para resolver un problema particular.  En su parte hidrológica el modelo se basa en el modelo TETIS desarrollado en el Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente de la Universidad Politécnica de Valencia y en su parte sedimentológica se fundamenta en el modelo CASC2D-SED desarrollado en el Engineering Research Center de la Colorado State University.

Por último se aplica el modelo en una cuenca natural y se valida la hipótesis de trabajo.  La cuenca de análisis es la cuenca de Goodwin Creek en el estado de Mississippi, en Estados Unidos de América, que cuenta con medidas sistemáticas de lluvia, caudal líquido y sólido, información de topografía, suelos y usos del suelo. En la aplicación se reconocen las limitaciones y potencialidades del modelo.

El modelo aprovecha convenientemente el conocimiento de  condiciones físicas, por ejemplo la estructura topológica de la red de drenaje y deja de lado aspectos poco entendidos y difíciles de parametrizar, por ejemplo la estructura aleatoria de la red de surcos en ladera. De esta forma es robusto y parsimonioso, especialmente en su parte sedimentológica la cual sólo necesita un elemento de calibración.

El modelo diseñado mejora la forma de conceptualizar una cuenca y a partir de este aporte se logran mejores desempeños en cuanto a la respuesta de una cuenca hidrográfica ante un evento de lluvia.  El modelo define de manera precisa en que zonas de la cuenca se presentan las diferentes componentes de la escorrentía. Además, el modelo relaciona dichas zonas con elementos concretos (ladera para la escorrentía directa, cárcava para el interflujo y cauce para el flujo base) a partir de parámetros fácilmente identificables en una cuenca natural.

De los resultados del modelo se aprende acerca de la dinámica hidrológica y sedimentológica de la cuenca. Con la herramienta computacional obtenida es posible efectuar análisis de cambios ambientales y antrópicos ante dichas dinámicas. De esta forma el modelo tiene una aplicabilidad no sólo científica, al generar conocimiento y ayudar a la comprensión de procesos naturales, sino también práctica, al ser una herramienta para el diseño ingenieril, el planeamiento del territorio y el análisis de riesgos naturales.