Geomática e hidrofobicidad postincendio a escala de parcela: capturando la repelencia al agua del suelo a microescala/Geomatics and Post-Fire Soil Water Repellency at the Plot Scale: Capturing Soil Water Repellency at the Microscale

Los incendios forestales pueden modificar de forma importante las propiedades hidrológicas del suelo. Entre estos cambios se encuentra la repelencia al agua del suelo (soil water repellency, SWR), que puede reducir la infiltración y favorecer la escorrentía y la erosión. Sin embargo, su distribución no es uniforme: incluso dentro de una misma parcela pueden coexistir zonas hidrófilas y áreas con elevada repelencia.

Esta variabilidad convierte a la escala de parcela en un nivel de observación especialmente interesante para la geomática. Frente a la resolución espacial de los sensores satelitales, los UAV permiten obtener imágenes RGB, multiespectrales o térmicas con resolución centimétrica. Estas observaciones pueden complementarse con fotogrametría Structure-from-Motion (SfM) y escáner láser terrestre (TLS) para caracterizar la microtopografía, la rugosidad y la evolución de pequeños regueros.

La clave está en integrar estas observaciones con mediciones directas de campo, como el Water Drop Penetration Time (WDPT). Los datos de campo permiten calibrar y validar modelos capaces de estimar espacialmente la repelencia, mientras que la teledetección hiperespectral ha demostrado su potencial para relacionar determinadas características de la superficie quemada con la SWR.

Esta integración permite pasar de mediciones puntuales a mapas espaciales de vulnerabilidad hidrológica, útiles para analizar dónde puede concentrarse la escorrentía y dónde pueden desarrollarse procesos erosivos después de las primeras lluvias. Así, la geomática se convierte en un puente entre la observación detallada del suelo y la modelización hidrológica de áreas quemada.

Geomatics and Post-Fire Soil Water Repellency at the Plot Scale: Capturing Soil Water Repellency at the Microscale

Wildfires can substantially modify the hydrological properties of soil. Among these changes is soil water repellency (SWR), which can reduce infiltration and promote runoff and erosion. However, its spatial distribution is far from uniform: even within a single plot, hydrophilic areas may coexist with zones showing high levels of water repellency.

This variability makes the plot scale particularly relevant for geomatics. Compared with the spatial resolution of satellite sensors, UAVs can provide RGB, multispectral, or thermal imagery at centimetre-level resolution. These observations can be combined with Structure-from-Motion (SfM) photogrammetry and terrestrial laser scanning (TLS) to characterize microtopography, surface roughness, and the development of small rills.

The key is to integrate these observations with direct field measurements, such as the Water Drop Penetration Time (WDPT) test. Field measurements make it possible to calibrate and validate models capable of spatially estimating soil water repellency, while hyperspectral remote sensing has shown potential for relating specific characteristics of burned surfaces to SWR.

This integration makes it possible to move from point measurements to spatial maps of hydrological vulnerability, helping to identify areas where runoff may become concentrated and where erosion processes may develop following the first rainfall events. In this way, geomatics becomes a bridge between detailed soil observation and hydrological modelling of burned areas.

Alexiou, S., Papanikolaou, I., Schneiderwind, S., Kehrle, V., & Reicherter, K. (2024). Monitoring and quantifying soil erosion and sedimentation rates in centimeter accuracy using UAV-photogrammetry, GNSS, and t-LiDAR in a post-fire setting. Remote Sensing, 16(5), 802. https://doi.org/10.3390/rs16050802

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Del fuego al embalse: aplicación de la geomática en la estimación de la colmatación post-incendio/ From Fire to Reservoir: Application of Geomatics to Estimate Post-Fire Reservoir Sedimentation

 Los incendios forestales no terminan cuando se extinguen las llamas. La pérdida de cubierta vegetal, la modificación de las propiedades hidrológicas del suelo y la aparición de superficies hidrofóbicas pueden incrementar la escorrentía y favorecer procesos acelerados de erosión durante los episodios de lluvia posteriores al incendio. Este fenómeno adquiere especial importancia en cuencas mediterráneas, donde las precipitaciones intensas pueden movilizar grandes cantidades de sedimentos hacia los cauces y, finalmente, hacia los embalses. La magnitud de esta respuesta depende de factores como la severidad del fuego, la topografía, las características del suelo y la intensidad y distribución temporal de las precipitaciones.

La geomática ofrece un conjunto de herramientas para transformar el territorio quemado en información cuantitativa útil para la gestión de los recursos hídricos. La combinación de imágenes Sentinel-2 y otros sensores de observación de la Tierra permite delimitar las áreas afectadas y caracterizar la severidad del incendio, mientras que los Sistemas de Información Geográfica (SIG) facilitan integrar pendiente, cobertura del suelo, precipitación, hidrología y modelos de erosión. Métodos como RUSLE, WEPP y modelos específicos de riesgo post-incendio permiten estimar la producción y transporte potencial de sedimentos.

La segunda escala de análisis es el propio embalse. La comparación multitemporal de modelos digitales del terreno, levantamientos batimétricos, fotogrametría UAV y datos satelitales permite identificar zonas de deposición y estimar cambios volumétricos. La integración de imágenes Sentinel-2 con niveles de agua, por ejemplo, ha demostrado ser una alternativa para estimar tasas de sedimentación y pérdida de capacidad de almacenamiento. En estudios posteriores a incendios, el levantamiento repetido de los depósitos sedimentarios en embalses también ha permitido cuantificar rendimientos sedimentarios muy superiores a los valores de referencia.

Por tanto, la estimación de la colmatación post-incendio debe plantearse como un problema espacial y temporal integrado: identificar el área quemada, estimar su susceptibilidad a la erosión, modelizar la conectividad sedimentaria y cuantificar el sedimento efectivamente retenido en el embalse. Este enfoque puede contribuir a anticipar la pérdida de capacidad útil, priorizar actuaciones de restauración de cuencas y mejorar la planificación de los recursos hídricos en territorios mediterráneos sometidos a una creciente recurrencia de incendios.

Source/Fuente: East et al. (2024)

From Fire to Reservoir: Application of Geomatics to Estimate Post-Fire Reservoir Sedimentation

Wildfires do not end when the flames are extinguished. The loss of vegetation cover, changes in soil hydrological properties, and the development of water-repellent soil layers can increase runoff and promote accelerated erosion during rainfall events following a fire. This process is particularly relevant in Mediterranean catchments, where intense precipitation can mobilize large amounts of sediment into river channels and, ultimately, reservoirs. The magnitude of this response depends on factors such as fire severity, topography, soil characteristics, and the intensity and temporal distribution of rainfall.

Geomatics provides a set of tools for transforming information from burned areas into quantitative data useful for water-resource management. The combination of Sentinel-2 imagery and other Earth observation sensors makes it possible to delineate burned areas and characterize fire severity, while Geographic Information Systems (GIS) facilitate the integration of slope, land cover, precipitation, hydrological, and erosion-model variables. Methods such as RUSLE, WEPP, and specific post-fire erosion-risk models can be used to estimate potential sediment production and transport.

The second scale of analysis is the reservoir itself. The multitemporal comparison of digital terrain models, bathymetric surveys, UAV photogrammetry, and satellite data makes it possible to identify sediment deposition areas and estimate volumetric changes. The integration of Sentinel-2 imagery with water-level data, for example, provides an alternative approach for estimating sedimentation rates and losses in reservoir storage capacity. In post-fire studies, repeated surveys of sediment deposits within reservoirs can also provide valuable information for quantifying sediment yields from burned catchments.

Therefore, estimating post-fire reservoir sedimentation should be approached as an integrated spatial and temporal problem: identifying the burned area, estimating its susceptibility to erosion, modelling sediment connectivity, and quantifying the sediment ultimately retained within the reservoir. This approach can contribute to anticipating losses in useful storage capacity, prioritizing catchment restoration measures, and improving water-resource planning in Mediterranean territories increasingly affected by recurrent wildfires.

Argentiero, I., Ricci, G. F., Elia, M., D’Este, M., Giannico, V., Ronco, F. V., Gentile, F., & Sanesi, G. (2021). Combining methods to estimate post-fire soil erosion using remote sensing data. Forests, 12 (8), 1105. https://doi.org/10.3390/f12081105

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Lopes, A. R., Girona-García, A., Corticeiro, S., Martins, R., Keizer, J. J., & Vieira, D. C. S. (2021). What is wrong with post-fire soil erosion modelling? A meta-analysis on current approaches, research gaps, and future directions. Earth Surface Processes and Landforms, 46 (1), 205–219. https://doi.org/10.1002/esp.5020

Mastrolonardo, G., Castelli, G., Certini, G., Maxwald, M., Trucchi, P., Foderi, C., Errico, A., Marra, E., & Preti, F. (2024). Post-fire erosion and sediment yield in a Mediterranean forest catchment in Italy. International Journal of Sediment Research, 39 (3), 464–477. https://doi.org/10.1016/j.ijsrc.2024.03.008

McGuire, L. A., Ebel, B. A., Rengers, F. K., Vieira, D. C. S., & Nyman, P. (2024). Fire effects on geomorphic processes. Nature Reviews Earth & Environment, 5, 486–503. https://doi.org/10.1038/s43017-024-00557-7

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Geomática e hidrología de las cenizas postincendio / Geomatics and Post-Fire Ash Hydrology

 Los incendios forestales producen profundas transformaciones en las cuencas hidrográficas. Tras el paso del fuego, las cenizas modifican temporalmente las propiedades físicas y químicas del suelo, alterando la infiltración, la escorrentía, la erosión y la calidad del agua. Precisamente, por estas alteraciones producidas en el régimen hídrico podría hablarse de una hidrología de las cenizas postincendio presente en las líneas de investigación que estudian cómo las cenizas son movilizadas por la lluvia y transportadas hacia cauces, embalses y acuíferos, afectando tanto a los ecosistemas como al abastecimiento de agua.

La geomática se ha convertido en una herramienta imprescindible para evaluar estos procesos a múltiples escalas. La teledetección permite cartografiar la severidad del incendio utilizando índices espectrales como el dNBR y el RdNBR, identificando las áreas con mayor probabilidad de generar escorrentía y exportación de cenizas. Los drones, vehículos aéreos no tripulados (UAV), complementan esta información con imágenes de muy alta resolución que permiten cuantificar la cobertura de cenizas, detectar microformas erosivas y monitorizar la recuperación de la vegetación.

Para un análisis más profundo debería integrarse, además de la información relativa a las cenizas, otro tipo de información gestionada con Sistemas de Información Geográfica (SIG). De manera que la información primera derivada de los incendios se integre con, por ejemplo, modelos digitales del terreno, redes de drenaje, pendientes y usos del suelo para localizar las zonas críticas de conectividad hidrológica entre las áreas quemadas y los cursos de agua. A ello se suman modelos hidrológicos distribuidos que incorporan parámetros derivados de sensores remotos para simular la generación de escorrentía, el transporte de sedimentos y la evolución temporal de la recuperación hidrológica de la cuenca.

No hay que perder de vista el trabajo en el terreno. Conocer más y mejor la dinámica de las cenizas y su incidencia en la hidrología postincendio pasa por una integración cada vez mayor entre observaciones de campo, sensores remotos multitemporales, modelos hidrológicos distribuidos, Sistemas de Información Geográfica y la exploración inteligencia artificial. Esta aproximación holística permite generar cartografía dinámica del riesgo, optimizar la restauración de cuencas y priorizar actuaciones para proteger infraestructuras hidráulicas y recursos hídricos.

En un escenario de cambio climático, con incendios más frecuentes y severos, la geomática constituye una disciplina estratégica para anticipar impactos, mejorar la gestión de cuencas y aumentar la resiliencia de los territorios frente a los efectos hidrológicos de las cenizas postincendio.

Comparando tres imágenes clasificadas de Sentinel-2 BNDVI del incendio de Mesa según los días 15 (a), 45 (b) y 85 (c) posteriores al incendio. Fuente: Figure 14 (Lewis et al. 2021).

Geomatics and Post-Fire Ash Hydrology

Wildfires produce profound changes in river catchments. After a fire, ash temporarily modifies the physical and chemical properties of soils, affecting infiltration, runoff, erosion, and water quality. “Post-fire ash hydrology” investigates how ash is mobilized by rainfall and transported into streams, reservoirs, and aquifers, influencing both ecosystems and drinking water supplies.
Geomatics has become an essential tool to evaluate these processes at multiple scales. Remote sensing allows mapping the severity of the fire using spectral indices such as dNBR and RdNBR, identifying the areas most likely to generate runoff and ash export. Drones, unmanned aerial vehicles (UAVs), complement this information with very high-resolution images that allow quantifying ash cover, detecting erosive microforms and monitoring vegetation recovery.
For a more in-depth analysis, in addition to the information related to the ashes, other types of information managed with Geographic Information Systems (GIS) should be integrated. In such a way, the first information derived from the fires is integrated with, for example, digital terrain models, drainage networks, slopes and land uses to locate the critical areas of hydrological connectivity between the burned areas and the watercourses. In addition, distributed hydrological models incorporate parameters derived from remote sensing to simulate runoff generation, sediment transport and the temporal evolution of the hydrological recovery of the basin.
We must also consider the work on the ground as an strategic tool. To know more and better the dynamics of ash and its impact on post-fire hydrology requires an increasing integration between field observations, multi-temporal remote sensors, distributed hydrological models, Geographic Information Systems and artificial intelligence exploration. This holistic approach allows for the generation of dynamic risk mapping, optimising watershed restoration and prioritising actions to protect hydraulic infrastructures and water resources.
In a scenario of climate change, with more frequent and severe fires, geomatics is a strategic discipline to anticipate impacts, improve watershed management and increase the resilience of territories to the hydrological effects of post-fire ash.

Comparing three classified Sentinel-2 BNDVI images from the Mesa Fire by post-fire days 15 (a), 45 (b) and 85 (c). Source: Figure 14 (Lewis et al., 2021).

Referencias/References

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