Metodología de medida de la erosión por cárcavas y modelado de su control mediante diques de retención

Abstract

La mayoría de los estudios de erosión en zonas agrícolas proporcionan poca información sobre los errores involucrados en las medidas. En este trabajo se compara por primera vez la precisión, el tiempo y el coste de metodologías convencionales y novedosas para la medición de cárcavas y se desarrolla un modelo para estimar el esfuerzo requerido para conseguir una precisión determinada. Se usó un LiDAR terrestre para medir un tramo de 7.1 m de largo de cárcava que sirvió como referencia para determinar las precisiones de los diferentes métodos de medida (una nueva técnica de foto-reconstrucción 3D, estación total, perfilómetro láser y listón graduado) a la escala de tramo. A partir de medidas realizadas sobre nueve cárcavas de más de 100 m de largo, se elaboró un modelo de los errores de volumen esperados cuando se usan métodos 2D a la escala de cárcava. Todas las cárcavas estudiadas estaban localizadas en la Campiña del municipio de Córdoba, España. A escala de tramo, las medidas de campo realizadas con foto-reconstrucción 3D y estación total produjeron errores en el área transversal de las secciones inferiores al 4%, mientras que el resto de métodos 2D excedieron el 10 %. Para la estimación del volumen de la cárcava, la foto-reconstrucción obtuvo resultados similares a los del LiDAR, pero los métodos 2D generaron grandes errores de volumen (EV) negativos (-13% para el perfilómetro y el listón graduado). En este trabajo se muestra que las expresiones del error derivadas del modelo están en línea con los resultados obtenidos a la escala de tramo. Se definió un factor de distancia de medida (MDF) que respresenta la razón entre la distancia de medida y la longitud de la cárcava y, por lo tanto, es un índice del esfuerzo de muestreo. Se calcularon los valores de MDF requeridos para valores especificados de EV para ilustrar cómo el factor MDF disminuye al aumentar la longitud de la cárcava y la sinuosidad.

Most field erosion studies in agricultural areas provide little information on the probable errors involved. Here, for the first time, we compare the accuracy, time and cost of conventional and new methodologies for gully surveying, and provide a model to estimate the effort required to achieve a specified accuracy. Using a terrestrial LiDAR survey of a 7.1-m-long gully reach as a benchmark data set, the accuracies of different measurement methods (a new 3D photo-reconstruction technique, total station, laser profilemeter and pole) are assessed for estimating gully erosion at a reach scale. Based on further field measurements carried out over nine gullies (>100 m long), a simulation approach is derived to model the expected volume errors when 2D methods are used at the gully scale. All gullies considered were located near Cordoba, Spain. At the reach scale, the field measurements using 3D photo-reconstruction and total station techniques produced cross sectional area error values smaller than 4%, with other 2D methods exceeding 10%. For volume estimation, photo-reconstruction proved similar to LiDAR data, but 2D methods generated large negative volume error (EV) values (<-13% for laser profilemeter and pole). We show that the proposed error expressions derived from the model are in line with the reach-scale field results. A measurement distance factor (MDF) is defined that represents the ratio between cross section distance and the gully length, and thus reflects relative survey effort. We calculate the required MDF for specified values of EV, illustrating how MDF decreases with increasing gully length and sinuosity.