(Zaragoza, lunes 28 de agosto de 2023). Un equipo científico con profesionales de Física y de Ingeniería trabaja en la creación de un modelo matemático que sirva de apoyo para planificar de forma eficiente las actuaciones que se llevan a cabo en el terreno para evitar la erosión después de un incendio forestal, establecer las áreas sobre las que actuar de forma prioritaria y las medidas más adecuadas a implantar para asegurar así la recuperación de las zonas afectadas.
Esta línea de investigación, denominada EFHERA (Enhancing after-Fire Hydrological and Environmental Recovery of Agroforestry zones), quiere facilitar la recuperación hidrológica y ambiental después de grandes incendios forestales (GIF) y engloba varios proyectos financiados por el I3A (Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón) y la Universidad de Zaragoza. En ella trabajan los grupos de investigación de Hidráulica Computacional - Tecnologías Fluidodinámicas (GHC-TFD) y de Sistemas de Información Avanzados (IAAA) del I3A, junto al grupo de Erosión y Evaluación de Suelo y Agua de la Estación Experimental Aula Dei (EEAD-CSIC) y el grupo Simulation and Data Laboratory Terrestrial Systems del Jülich Supercomputing Center (Alemania).
Las áreas forestales afectadas por grandes incendios sufren rápidos procesos de degradación en los meses inmediatamente posteriores al incendio debidos a las lluvias intensas, que provocan la pérdida de la capa de suelo fértil. “Si las medidas de recuperación y manejo que se establecen no son correctas o no se llevan a cabo con la suficiente rapidez, la recuperación agroforestal del área puede llevar mucho tiempo o incluso no completarse”, explica Sergio Martínez-Aranda, investigador del grupo de Tecnologías Fluidodinámicas del I3A.
La plataforma computacional en la que trabajan permitirá evaluar de forma rápida en grandes extensiones de terreno montañoso, las zonas donde la erosión hidráulica será potencialmente mayor, “estamos hablando de grandes extensiones de terreno, del orden de decenas de miles de hectáreas, al ser tan grande es inabarcable actuar simultáneamente en todo el terreno y, además, hacerlo de forma rápida en los meses posteriores al incendio”, cuenta Sergio Martínez. Esta plataforma de simulación hidrológica estará destinada a dar soporte a aquellos servicios y administraciones públicas que tienen que tomar las decisiones de actuación post-incendio. El objetivo final es que las decisiones de restauración de la zona quemada “no se hagan sólo desde la experiencia de quien conoce bien el terreno, sino que les aportemos modelos computacionales que les faciliten esa labor con datos cuantificables”, comenta el investigador del I3A.
Estos grupos de investigación analizan cómo combinar imágenes de los satélites Sentinel y modelos computacionales hidrodinámicos para permitir el análisis de alta resolución de los procesos de erosión a largo plazo. Podrán obtener información útil sobre la movilización del suelo, las trayectorias seguidas por el material sedimentario y las áreas de deposición, que son esenciales para el diseño inteligente de prácticas agrícolas y medidas de restauración para prevenir la pérdida de suelo. Esto asegura que las actuaciones propuestas sean adecuadas para minimizar la pérdida de suelo y reducir la contaminación de las masas de agua superficiales bajo diferentes escenarios agroforestales, especialmente después de incendios forestales.
La línea de investigación EFHERA hace referencia a un escenario de cambio climático acelerado, donde este proceso de degradación post-incendio ocurre cada vez con mayor rapidez. De ahí, la necesidad de implantar medidas de protección y recuperación en las primeras semanas o meses después de un incendio. “Si a esto le sumamos la aparición y proliferación de incendios masivos que afectan a enormes extensiones forestales y que imposibilitan la ejecución simultánea de acciones post-incendio en toda la zona afectada, la recuperación de las zonas quemadas sólo puede abordarse desde una planificación exhaustiva y ordenada”, señalan los grupos de investigación del proyecto.
Entre sus objetivos destacan el análisis y la predicción de la pérdida de suelo en procesos superficiales a gran escala y a largo plazo; cuantificar la fuerza de la erosión asociadas a las precipitaciones y desarrollar un algoritmo con inteligencia artificial que caracterice los parámetros del suelo en función de las imágenes de los satélites del programa Copernicus EU. Todos los desarrollos se llevarán a un software de simulación hidrodinámica de código abierto de última generación desarrollado entre el I3A y el JSC, que está siendo evaluado en el supercomputador JUWELS, uno de los mejores sistemas del mundo que pertenece a la infraestructura europea Tier-0 HPC, en el Julich Supercomputing Center (JSC) de Alemania, para evaluar las capacidades al abordar predicciones de pérdida de suelo distribuidas espacialmente a gran escala y a largo plazo.
Esta plataforma de simulación pretende apoyar el análisis riguroso de los recursos de agua y suelo por parte de la comunidad científica, así como la gestión informada de la actividad agrícola y la conservación forestal por parte de las administraciones para hacer frente a los retos del cambio climático. Asimismo, abrirán novedosas utilidades de Modelado del Sistema Terrestre (ESM), con aplicaciones que van desde el diseño de medidas urgentes de mitigación para prevenir la erosión hasta el análisis de la cubierta vegetal.
La línea de investigación cuenta con varios proyectos en desarrollo:
High Performance Computing Tools for Smart Agriculture and Forestry (JIUZ2022-IAR-03)
Periodo: abril 2023 – marzo 2024
Financiación: Universidad de Zaragoza
Investigador responsable: Sergio Martínez-Aranda
Computational tools and optimization strategies through Artificial Intelligence for the prediction of hydro-morphodynamic risks and Climate Change scenarios. (PREDICTHIA)
Periodo: septiembre 2023 – septiembre 2026
Financiación: Proyectos Generación de Conocimiento 2022 – Ministerio de Ciencia e Innovación
Investigador responsable: Pilar García-Navarro
Artificial Intelligence and Satellite Imagery to reformulate Hydro-Erosive Computational Models with application to soil loss after massive wildfires
Periodo: Sept. 2023 – Sept. 2024
Financiación: Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A-UniZar)
Investigador responsable: Sergio Martínez-Aranda
Enhancing after-Fire Hydrological and Environmental Recovery of Agroforestry zones (EFHERA) – 2ª fase de evaluación del INTERREG SUDOE 2021-2027
Periodo: 2024 - 2027
Financiación: Unión Europea
Investigador responsable: Sergio Martínez-Aranda
Artículos de referencia:
S. Martínez-Aranda and P. García-Navarro, “Efficient Simulation Tools (EST) sediment-laden for shallow flows,” in Modeling of sediment transport, Intechopen limited, london. isbn: 978-1-80355-868-4, 2022
J. Fernández-Pato, S. Martínez-Aranda, and P. García-Navarro, “A 2D finite volume simulation tool to enable the assessment of combined hydrological and morphodynamical processes in mountain catchments,” Advances in water resources, vol. 141, p. 103617, 2020.
Pie de foto:
Potencial erosivo del primer evento intenso de lluvia sobre suelo desnudo tras el incendio forestal de Los Guajares (Granada), ocurrido septiembre de 2022. La extensión de la superficie modelada es de 10000 Ha (100 km2) y la duración del evento es de 4 horas.
