Hydrological signatures based on event runoff coefficients in rural catchments of the Iberian Peninsula

Abstract

Las huellas hidrológicas son índices que ayudan a describir el comportamiento de las cuencas. Estos índices también se pueden utilizar para transferir información de captaciones calibradas a no captadas. En este estudio, se evaluaron diferentes enfoques para determinar los coeficientes de escorrentía volumétricos en 18 cuencas calibradas experimentales pequeñas / medianas de la Península Ibérica y para ajustar los cálculos de escorrentía basados en los datos de precipitación para las cuencas calibradas y no calibradas. Utilizando datos derivados de los eventos de 1962, se caracterizaron y compararon las relaciones lluvia-escorrentía para evaluar los distintos patrones de respuesta hidrológica. Los coeficientes de escorrentía volumétricos y los coeficientes de escorrentía y precipitación acumulados de los eventos que generaron la escorrentía (Rcum) minimizaron el error cuadrático medio. Un ajuste lineal para la estimación de Rcum en las cuencas no excavadas se basó en la precipitación media anual, las tasas de infiltración, la fracción de uso del suelo forestal y la longitud del canal de captación. A pesar de la alta heterogeneidad de las cuencas, Rcum resultó en un parámetro adecuado para evaluar la variabilidad hidrológica en las cuencas calibradas rurales y no calibradas. En el 50% de las cuencas, la precipitación representó menos del 50% de la variación de escorrentía. La precipitación anual, la lluvia de antecedentes y el flujo de base no tuvieron una importancia alta en las relaciones lluvia-escorrentía, lo que ilustra la heterogeneidad de las respuestas hidrológicas. Nuestros resultados resaltan la necesidad de caracterizaciones distintivas de las cuencas rurales pequeñas / medianas porque son las fuentes de escorrentía y descarga de sedimentos en los ríos, y es más económico y eficiente tomar medidas para mitigar la escorrentía en las zonas rurales.

Hydrological signatures are indices that help to describe the behavior of catchments. These indices can also be used to transfer information from gauged to ungauged catchments. In this study, different approaches were evaluated to determine volumetric runoff coefficients in 18 small/medium experimental gauged catchments of the Iberian Peninsula and to fit runoff calculations based on precipitation data for gauged and ungauged catchments. Using data derived from 1962 events, rainfall-runoff relationships were characterized and compared in order to evaluate the various hydrological response patterns. Volumetric runoff coefficients and cumulative runoff and precipitation ratios of the events that generated runoff (Rcum) minimized the root mean square error. A linear fit for the estimation of Rcum in ungauged catchments was based on mean annual precipitation, rates of infiltration, the fraction of forest-land use, and the catchment channel length. Despite high catchment heterogeneity, Rcum resulted in a suitable parameter to evaluate hydrological variability in rural gauged and ungauged catchments. In 50% of the catchments, the precipitation accounted for less than 50% of the runoff variation. Annual precipitation, antecedent rainfall, and base flow did not have a high significance in rainfall-runoff relationships, which illustrates the heterogeneity of hydrological responses. Our results highlight the need for signature characterizations of small/medium rural catchments because they are the sources of runoff and sediment discharge into rivers, and it is more economical and efficient to take action to mitigate runoff in rural locations.