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lunes, 18 de octubre de 2010

"Prospección Geoeléctrica en la cuenca de Guadalperalon", por García de Prado y otros.


Bajado de internet, traigo este trabajo titulado "Estudio topográfico y prospección geoeléctrica de las áreas de depósito de una pequeña cuenca hidrográfica en la provincia de Cáceres (España)", de J. García de Prado Fontela, Mª. T. de Tena Rey, C. Pro Muñoz, todos ellos del Centro Universitario de Mérida (Universidad de Extremadura). El trabajo fue publicado en la revista Mapping, el año 2007.


Resumen
Enmarcado dentro de los estudios desarrollados en la cuenca modelizada del arroyo de Guadalperalón (Cáceres), se lleva a cabo la cartografía de las áreas de depósitos, así como prospección geofísica de los rellenos sedimentarios mediante técnica de Sondeos Eléctricos Verticales (S.E.V) con el fin de obtener la profundidad del sustrato en las zonas de vaguada y estimar el volumen de sedimento presente en la cuenca. Para ello se realiza el levantamiento inicial de la topografía de la cuenca, delimitando las zonas ocupadas por los depósitos sedimentarios mediante el establecimiento de perfiles topográficos, cuya posición coincidirá con los geoeléctricos, proyectados para estudiar la profundidad que ocupa el sedimento en el punto sondeado. Como resultado, se estima un volumen de sedimento presente en la cuenca en torno a 5.471 m3.

Introducción
La cuenca experimental de Guadalperalón, donde se vienen desarrollando estudios de análisis y caracterización de los depósitos sedimentarios para valorar las condiciones de depósito a lo largo del tiempo, se sitúa en la provincia de Cáceres, a 24 Km al noreste de la capital, perteneciendo el área al término municipal de Trujillo (Figura 1. Localización).

Está enclavada en la extensa penillanura cacereña, desarrollada sobre los materiales del zócalo hercínico centroibérico, cuya altitud oscila alrededor de los 400- 500 metros. La red hidrográfica actual está fuertemente encajada en ella, perteneciendo el arroyo de Guadalperalón a la cuenca del río Magasca, afluente del Almonte, que lleva sus aguas al Tajo.
Las áreas de vaguada de la cuenca, marcan antiguos paleovalles que han sido rellenados por materiales procedentes de las áreas de vertientes, presentando importantes cárcavas debido a la actuación de los procesos erosivos en los fondos del valle, permitiendo estos cortes el estudio directo de la secuencia sedimentaria.
Para abordar el estudio de estos depósitos, se ha llevado a cabo el levantamiento inicial de la cuenca por topografía clásica y cartografía de las áreas ocupadas por sedimentos, aplicando posteriormente prospección geofísica en los depósitos sedimentarios mediante técnica de Sondeos Eléctricos Verticales (S.E.V) con el fin de estimar la distribución y volumen de sedimentos presente en la cuenca.
La aplicación de SEV se considera adecuada ya que la cuenca y más concretamente los depósitos, cumplen los requisitos necesarios en este tipo de investigaciones, como son:
- El conocimiento de la cartografía topográfica de los depósitos.
- Información del sustrato de las áreas de vaguada a través de las cárcavas abiertas en los depósitos.
- Datos de las capas a determinar en el conjunto de los rellenos de las vaguadas.

Metodología
Los trabajos de campo se han desarrollado de manera escalonada, siguiendo las fases que se detallan:
-Levantamiento topográfico de la cuenca.
-Cartografía y morfología superficial de las áreas de depósitos sedimentarios a partir del levantamiento de perfiles topográficos, generando un modelo digital del terreno (MDT).
-Prospección geofísica de las áreas de rellenos sedimentarios mediante técnica de Sondeos Eléctricos Verticales (S.E.V) para la obtención de la profundidad del sustrato en zonas de vaguada y estimación del volumen de sedimento en la cuenca.

Topografía de la Cuenca
La topografía de la cuenca es el primer trabajo que se aborda para enmarcar el contexto de las áreas de vaguadas y completar la descripción física, sirviendo la toma de datos aquí realizados de base para el posterior estudio topográfico detallado de las áreas de depósito.
El levantamiento topográfico de la cuenca se realiza mediante topografía clásica. La escala de trabajo es 1/500, siendo la equidistancia de las curvas de nivel de 0.5 m. Para la realización del levantamiento topográfico ha sido necesario efectuar mediciones con GPS para la determinación de las coordenadas de varios vértices de triangulación (los correspondientes a las bases de la triangulación); además se han realizado varias poligonales y radiación de todos los detalles del terreno.
Con el levantamiento de detalle, los rasgos de las laderas pueden aportar información acerca de lo que ocurre en las vaguadas.

Levantamiento Topográfico
Tras un detallado examen del terreno, se decide tener como red principal una triangulación que abarcara toda la cuenca debido a la falta de visibilidad por el arbolado. Por esta causa también fue necesario realizar algunas poligonales entre vértices de triangulación dejando así cubierta toda la zona para poder llevar a cabo el levantamiento topográfico.
La red principal se compone de una triangulación formada por tres cadenas de triángulos, unidas con tres triángulos cada una y con un total de once vértices enumerados del 1000 al 11000 respectivamente. La observación de dicha red se realizó con dos receptores GPS doble frecuencia marca Trimble modelo 5700 en modo de postproceso dando un tiempo de observación de 10’ a cada baselínea; este periodo se justifica por la proximidad de los vértices.
La red intermedia consiste en cuatro poligonales abiertas entre vértices de triangulación. Las poligonales se realizan por el método de Moinot, tomando las lecturas acimutales y verticales así como las distancias en círculo directo y en círculo inverso, consiguiendo aumentar la precisión y disminuir los errores de cada poligonal.
La fijación de los puntos de la red de detalle o relleno se lleva a cabo desde los vértices de triangulación y las estaciones de las poligonales, con objeto de obtener el levantamiento de todos los detalles del terreno.
La no utilización del sistema GPS para la densificación de la red se justifica por la abundancia de arbolado que impedía tener un horizonte despejado en numerosos puntos, optándose por la utilización de estación total.

Datos de campo y cálculo
El cálculo de la triangulación se realiza con el TGO (Trimble Geomatic Office), calculando posteriormente un ajuste por mínimos cuadrados. El cálculo de las poligonales se verifica y compensa con el programa TCP-MDT, así como la red de relleno. Se genera un archivo con la nube de puntos de toda la cuenca .

Creación del modelo digital del terreno
Con todos estos datos y viendo que sus errores están dentro de la tolerancia requerida, se procede a la creación del modelo digital del terreno.
Se parte de una serie de datos contenidos en un archivo de puntos proporcionado por el programa TCP-MDT, en el que están contenidas las coordenadas de todos los puntos que conforman el levantamiento. Este archivo se abre desde programa de diseño gráfico AutoCAD al cual previamente se le ha instalado una aplicación para topografía, construcción e ingeniería civil llamada TCP. Gracias a esta aplicación va a ser posible la creación del MDT, ya que es este el programa utilizado para tal fin. Una vez rellenados los parámetros oportunos, los puntos serán leídos y dibujados en pantalla.
Posteriormente se procede a la depuración de los puntos, borrando los que pudieran estar empastados, interpolando puntos, etc. Se continúa con la creación de las vaguadas y todos los elementos necesarios para la obtención del plano. Completado todo esto, se procede a la creación de la triangulación de puntos, que sin entrar en mayor detalle, es la forma que tiene la aplicación de generar el modelo digital. La triangulación
tiene la propiedad de obtener una solución única, que además es óptima y global, considerando como solución óptima aquella cuyos triángulos son lo más equiláteros posibles. Además el programa examina los posibles errores en el trazado de las llamadas líneas de rotura e intenta corregirlos, adaptando la triangulación a éstas, modificando la triangulación teórica para adaptarla a la realidad del terreno. De esta forma queda creado el Modelo Digital del Terreno.
Para materializar el MDT en el plano y completar su creación el siguiente paso es la generación de las curvas de nivel. La aplicación crea las curvas normales y maestras a la equidistancia requerida. Este curvado presenta vértices en cada uno de los cambios de plano, siendo posible redondearlo mediante la opción de suavizado, la cual presentará un curvado más adaptado a la realidad.
El trabajo se completa con la creación de un mapa de malla 3D, que permitirá visualizar el terreno en forma de mapa tridimensional. Se crea también por defecto un nuevo archivo ASCI de malla con extensión *.MLL el cual se puede usar posteriormente para calcular volúmenes por diferencia de malla.

Estudio Morfológico y Topográfico de las áreas de depósitos sedimentarios
Para determinar la morfología superficial de los depósitos que están rellenando las áreas de vaguadas, es necesario llevar a cabo una serie de perfiles transversales a lo largo de éstas.
Los límites de estos perfiles se sitúan en aquellos puntos a ambos lados del cauce donde aflora el sustrato de rocoso que está marcando el límite de ocupación de los rellenos. La posición de estos perfiles coincidirá con los geoeléctricos, proyectados para estudiar la profundidad que ocupa el sedimento en el punto sondeado. La longitud de los perfiles a lo largo del cauce es muy variable así como su distribución ya que lo han determinado las variaciones que ha ido experimentando la topografía. Hay áreas donde se han tomado más espaciados, cuando la topografía de la zona de relleno ha seguido mas o menos constante mientras en los puntos con importantes variaciones se han ido tomando menos distanciados existiendo una gran densidad.
Para la observación de los perfiles se han radiado los correspondientes puntos desde las bases de coordenadas conocidas que había en la zona, pudiéndose así calcular las coordenadas de dichos puntos.

Toma de datos
En la toma de datos de los perfiles transversales se han utilizado como bases las estaciones de poligonal y vértices de triangulación ya existentes en el levantamiento topográfico. En la zona de la confluencia de los dos cauces, se han tomado los perfiles de modo que se cubriera toda el área de relleno por completo, ya que es aquí donde se espera tener mayores espesores de sedimentos.
El número total de perfiles realizado ha sido de 37, enumerados del 0 al 36, comenzado en la base del arroyo y siguiendo la vaguada secundaria hasta el área de cabecera donde los depósitos son prácticamente inexistentes. Se continúa posteriormente aguas arriba de la vaguada principal hasta el punto donde no se aprecian sedimentos.

Prospección Geofísica de las áreas de depósito. Aplicación de Sondeos Eléctricos Verticales.
Para poder estudiar los rellenos sedimentarios de las áreas de vaguadas en aquellas zonas donde la observación directa no lo permite, se lleva a cabo una prospección eléctrica en corriente continua, realizándose la técnica conocida como Sondeos Eléctricos Verticales (SEV), que permitirá establecer el límite sustrato-sedimento a partir del cambio en la resistividad y en función de las características geológicas de la zona.
Esta técnica tiene como objetivo obtener la distribución de la resistividad eléctrica bajo la vertical del punto, pudiéndose calcular el espesor y resistividad de cada capa (Orellana, 1982; Telford et al., 1990). En líneas generales, consiste en introducir en el terreno, a través de dos electrodos, una corriente eléctrica de intensidad I conocida, midiéndose la diferencia de potencial DV entre otros dos electrodos. Con estas magnitudes, se calcula la llamada resistividad aparente ra mediante la expresión, donde K es una constante que depende de la configuración geométrica del dispositivo. En concreto, en este estudio se ha empleado la configuración conocida como dispositivo Schlumberger, siendo L la distancia entre los electrodos de corriente.
En la técnica del SEV, para realizar el estudio en profundidad se aumenta paulatinamente la distancia entre los electrodos de corriente, manteniendo fijo los de potencial. Con los valores de ra se elaboran las curvas de resistividad aparente, las cuales se pueden interpretar mediante métodos gráficos (empleando curvas teóricas) o bien mediante métodos numéricos de ajuste de las observaciones.

Desarrollo del método en campo
Recorrida la zona de acumulación y por los datos directos obtenidos, se establece inicialmente el espesor mínimo y máximo esperado de sedimentos. Para facilitar la tarea se divide el área de estudio en dos zonas:
1ª Zona: desde la parte inferior del arroyo (colector), límite del área de estudio, hasta la zona con depósitos del tributario que llega a la vaguada principal. Aquí la profundidad máxima de los depósitos se establece en 2 m y la mínima en 25 cm. Las numerosas cárcavas en esta área, permiten obtener de manera directa, el espesor del sedimento en muchos puntos. La numeración de los perfiles en esta primera zona va del 0 al 25
2ª Zona: abarca desde la zona de confluencia con el tributario hasta cabecera del arroyo (área donde se sitúa la charca). Los depósitos en esta zona tienen un espesor máximo de 80 cm y un espesor mínimo de 25 cm. Desde la charca y hasta el punto inicial de comienzo del arroyo, se consideran que los depósitos tienen un espesor inferior a 25 cm. La numeración de los perfiles en esta zona va del 26 al 36.
La situación de los perfiles efectuados, coincidentes con los topográficos queda recogida en la figura.
La elección de los puntos para realizar los SEV se ha efectuado a la vez que se fueron delimitando los dos puntos a ambos lados del cauce donde la potencia del sedimento sería 0, para llevar a cabo los perfiles topográficos. Éstos se marcaron mediante clavos y estacas.
En la mayoría de los perfiles sólo se ha tomado un punto, permitiéndonos las cárcavas tomar medidas directas del espesor de sedimentos.
Los SEV que se han aplicado en los diferentes perfiles, han sido SEV cortos, con una distancia final AB/2 no mayor de 3.05 m. La orientación de la línea AB se ha tomado paralela a la dirección del arroyo y su longitud variable dependiendo del punto concreto del cauce aunque sin exceder los 6.1 m.
La interpretación se ha realizado de forma cualitativa y mediante la aplicación de un método numérico de ajuste. De forma cualitativa se obtiene una estimación del número de capas y de los posibles cambios de resistividad, calculándose mediante el método numérico el espesor y resistividad eléctrica de cada capa. Para ello, se ha empleado el programa de ajuste Resix v3.0.
La interpretación y asignación de capas a los depósitos sedimentarios se ha podido efectuar gracias a las observaciones directas en los sedimentos donde la erosión ha incidido hasta el fondo del cauce.

Resultados



Topografía cuenca



La superficie de la cuenca es de 37.5 Has.



En la figura 3 se muestra el Modelo Digital de la cuenca a escala 1:3000.





Área depósitos



El levantamiento de los perfiles topográfico efectuados a lo largo de las áreas de vaguada nos proporciona el modelo digital de las zonas de depósitos (Figura 4), obteniéndose los datos acerca de la superficie ocupada en la cuenca.
Superficie ocupada: 18.818 m2.
Esto representa en torno al 5 % de la superficie total de la cuenca.
La vaguada principal con una longitud de 816 m, presenta una pendiente escasa. Los depósitos acumulados a lo largo de éstas se encuentran incididos fuertemente por cárcavas, pudiéndose medir de manera directa la potencia de los sedimentos que alcanzan valores cercanos a los 2 metros. El área de mayor extensión lateral ocupada por los depósitos coincide con la zona de confluencia con el tributario principal siendo la longitud máxima de los perfiles en este punto es de 36 metros.