Evaluating and modelling erosive processes and sediment transport dynamics of Tonusco river basin (Antioquia, Colombia)

La variabilidad climática en zonas tropicales suramericanas, combinada con la creciente intervención humana del suelo tiene gran incidencia en los procesos de producción y transporte de sedimentos, que no son bien conocidos en la región. Por lo tanto, se han analizado detalladamente estos procesos en los 393 km2 de la cuenca del río Tonusco, tributaria del río Cauca en Colombia, usando información edáfica, climática y de vegetación. Los cambios en la erosividad de la lluvia y la cobertura vegetal del suelo se estimaron a partir de los datos de precipitación y del índice de la diferencia de la vegetación normalizada, procedente de imágenes satelitales adquiridas entre 1977 y 2015. Con esto se obtuvieron las pérdidas de suelo que se relacionaron con la carga de sedimentos medida. Así se elaboró un modelo de estimación de la aportación de sedimento a la red fluvial. Las pérdidas de suelo fueron severas en algunas regiones (>120 Mg ha-1año-1) y, además, se detectó un incremento durante la última década, asociado a una reducción del 50% de la superficie de bosque, y a la mayor intensidad de la lluvia recibida durante los fenómenos de El Niño, La Niña y la oscilación del Sur, ENSO. Se calculó que entre el 2.0% y 50% de la masa de sedimentos producidos son arrastrados fuera de la cuenca. Se consideraron también las contribuciones de sedimentos generados en los deslizamientos de ladera que representan entre el 0.0% y el 6.3% de la producción total, analizando diferentes episodios ocurridos en la cuenca con la ayuda de modelos para predecir su probabilidad de ocurrencia y magnitud. Por último, se detectaron ciclos de histéresis en las relaciones entre la descarga líquida y sólida del río, causados por la interacción de los procesos limitantes de la erosión, bien por la disponibilidad de sedimentos o bien por la capacidad de su transporte por el agua. Esto permitió identificar las características de la erosión del suelo en la cuenca. The climate variability of tropical Southamerican region, together with enhanced land cover changes caused by the human intervention greatly modify sediment production and transport processes. The effects on sediment dynamics is not very well known so far. Therefore, this dissertation explored these processes in the Tonusco river watershed in the tropical southwestern slopes of the Andean range (Colombia) using edaphic, topographic, and vegetative information, as well as the liquid and solid daily discharge recorded at the outlet. The rainfall erosivity and cover vegetation changes were evaluated from the rainfall records obtained from the watershed rain gauges, and the Normalized Difference Vegetation Index values obtained from satellite images, during the 1977-2015 period. Once the potential soil loss rate of the watershed was computed using an adapted form of the RUSLE model, the sediment routing-based delivery ratio was estimated with another adaption of the SEDD model, that was calibrated and validated with data from sediment loads recorded at the basin outlet. According to results, the vegetation cover of the whole catchment has been reduced to a half during the last decade. Soil erosion rates were locally very high (>120 Mg ha-1yr-1), with relevant peaks during the La Niña ENSO events. Sediment yields were estimated at the range of 2.0%- 50% of total sediment production. Frequents landslide events occurring in the mountain slopes were quantified using several models that predicted their probability. The landslide model was calibrated with data recorded in 36 landslide events of basin. Finally, the hysteresis cycles detected in the relationships between liquid and solid discharges were analysed comparing sediment and runoff travel times.