Soil characteristics and landcover relationships on soil hydraulic conductivity at a hillslope scale: A view towards local flood management

Abstract

There are surprisingly few studies in humid temperate forests which provide reliable evidence that soil permeability is enhanced under forests. This work addresses this research gap through a detailed investigation of permeability on a hillslope in the Eddleston Catchment, Scottish Borders UK, to evaluate the impact of land cover, superficial geology and soil types on permeability using measurements of field saturated hydraulic conductivity (Kfs) supported by detailed topsoil profile descriptions and counting of roots with diameters >2mm. Kfs was measured at depth 0.04 to 0.15m using a constant head well permeameter across four paired landcover sites of adjacent tree and intensely grazed grassland. The measured tree types were: 500-year-old mixed woodland; 180-year-old mixed woodland; 45-year-old Pinus sylvestris plantation; and 180-year-old Salix caprea woodland. The respective paired grids of trees and grassland were compared on similar soil texture and topography. The data were used to infer areas of runoff generation by comparing Kfs values with modelled 15 minute maximum intensity duration rainfall with a 1 in 10 year return period.Infiltration prevailed in the 180 and 500 year old mixed and broadleaf woodland, whereas some grassland areas and the floodplain were inferred to generate overland flow. The significantly higher Kfs under deciduous mature forests suggest that the planting deciduous woodlands on hillslopes in clusters or as shelterbelts within grasslands would provide areas of increased capacity for rainfall infiltration and arrest runoff generation during floodproducing storm events.

Variación espacio-temporal de los procesos hidrológicos del suelo en viñedos con elevadas pendientes (Valle del Ruwer-Mosela, Alemania)

“…A priori, existiría una contradicción entre ambos resultados si el mecanismo principal de activación de la erosión fuera, como en la mayoría de los viñedos mediterráneos, la escorrentía superficial (Kosmas et al, 1997;Ramos et al, 2015;Prosdocimi et al, 2016a). No obstante, como ya comprobaron Rodrigo Comino et al, (2015aComino et al, ( , 2016 los procesos de infiltración son muy elevados debido a la alta pedregosidad (superior al 60% en numerosos puntos), la elevada pendiente y, el mayor contenido en arenas en superficie y de arcillas en profundidad, lo que conlleva a que aparezcan mecanismos de escorrentía sub-superficial (Hewlett y Hibbert, 1967;Gupta et al, 1993Gupta et al, , 2006Ramos et al, 2000;MacDonald et al, 2012;Archer et al, 2013;Bodner et al, 2013;Nasri et al, 2015).…”

“…Los diferentes recorridos que el agua realiza, a través del sistema de poros y fracturas de los agregados del suelo, puede conllevar procesos tan variados como el transporte de solutos, iluviación y eluviación o lavado de materiales finos, infiltración-percolación, escorrentía superficial o sub-superficial, pseudogleyzación y/o gleyzación y variación de la cantidad de agua disponible para las plantas tras la lluvia (Wu et al, 1992;Price et al, 2010;Archer et al, 2013;Bodner et al, 2013;Jirkû et al, 2013).…”

“…En este sentido, para áreas de estudio como los viñedos, que suelen estar cultivados en laderas con pendientes pronunciadas y con una elevada pedregosidad, probablemente el instrumento más útil para medir la permeabilidad, la transmisividad, la infiltración o la conductividad hidráulica sea el permeámetro de Guelph (GP). Su funcionalidad ha sido probada y comparada con otros instrumentos, tales como el simulador de lluvia o los infiltrómetros en numerosas ocasiones (Wu et al, 1992;Gupta et al, 1993Gupta et al, , 2006Kodešová et al, 2010;Gwenzi et al, 2011;MacDonald et al, 2012;Archer et al, 2013;Bagarello et al, 2014;Jačka et al, 2014;Huang et al, 2014Huang et al, , 2016. Su funcionamiento se rige a un principio modificado de la botella de Mariotte, el cual envía una constante descarga de agua que actúa tridimensionalmente en forma de columna vertical, que actúa dentro de un orificio cilíndrico en el suelo (Elrick y Reynolds, 1992;Reynolds y Elrick, 2002;Reynolds y Lewis, 2012).…”

A constant head well permeameter formula comparison: its significance in the estimation of field-saturated hydraulic conductivity in heterogeneous shallow soils

“…The Kfs results secured from this study have subsequently been compared with rainfall intensity duration frequency data to infer storm runoff generation processes and are described in detail in Archer et al (2013).…”

“…A comparison of the upper soil permeability with extreme rainfalls using rainfall intensity duration frequency (IDF) was carried out and is described in Archer et al (2013). Such an investigation required accurate and reliable Kfs measurements near the soil surface that are representative of field conditions.…”