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1er CONGRESO IBEROAMERICANO SOBRE SEDIMENTOS Y ECOLOGÍA QUERÉTARO, QUERÉTARO MÉXICO, 21-24 JULIO 2015
“EVALUACIÓN DE LA TASA DE EROSIÓN CON EL MÉTODO USLE EN LA CUENCA DEL
RÍO MIZQUE PROVINCIA MIZQUE DEPARTAMENTO COCHABAMBA- BOLIVIA”.
Ing. Mitchel J. Jara García MSc. Profesor de la Pontificia Universidad Católica del Perú
mitchel.jara@cip.org.pe
Ing. Luis Gustavo Ariza Trelles Estudiante de Posgrado de la Universidad Nacional de Ingeniería
luis.ariza@cip.org.pe
INTRODUCCIÓN
Bolivia es un país con diversas características geográficas y
ecológicas tanto en clima como en vegetación natural y
suelos, ofreciendo una multiplicidad de paisajes naturales
como las altas montañas glaciares, altiplanos, mesetas, valles
y llanos con selvas y sabanas. Ello conduce a una gran
diversidad de culturas, costumbres y condiciones
agroeconómicas. Uno de los problemas del desarrollo actual
es precisamente preservar todo lo que es ecológicamente
racional en estos sistemas, sean ellos tradicionales ó
primitivos, a condición de hacerlos más productivos y
económicamente eficientes, permitiendo incorporar estos
pueblos a la sociedad moderna.
De acuerdo a los datos proporcionados por el mapa de
cobertura y uso actual de la tierra (Zerain, R. et al, 1978) el
82,21% está cubierto por tierras con pastos y bosques
susceptibles de ser usadas en forma más intensa, lo que
comporta un riesgo potencial muy alto de erosión y/o
degradación de estos ecosistemas, por ello en el presente
artículo se realizará una evaluación de la tasa de erosión con
el método de USLE en la cuenca del río Mizque.
El Río Mizque nace cerca de la Población Mizque (Provincia
Mizque) en el departamento de Cochabamba. Recorre la
provincia Campero e ingresa al departamento de Santa Cruz, a
través de la provincia Caballero (cerca de la localidad de
Saipina), sigue su curso a través de la provincia Vallegrande y
toma el nombre de Río Grande (Lugar donde se une con el río
Caine).Su importancia se debe al hecho que aporta una gran
cantidad de sedimentos hacia los cursos de agua, siendo la
fuente principal de dichos sedimentos la erosión de suelos.
Esta erosión con elevadas tasas de pérdida de suelo afecta a la
cuenca en un 35% de su superficie (ver mapa al final de este
documento). Este problema afecta in situ al disminuir la
capacidad productiva de las tierras de la cuenca, así como ex
situ por la colmatación de canales de riego y pequeños
reservorios construidos para tal fin.
OBJETIVO
Estimar los riesgos de erosión de suelos en dicha cuenca a
partir de la información recolectada en la zona.
METODOLOGÍA
El modelo USLE donde sus siglas en inglés Universal Soil
Loss Equation (Ecuación Universal de Pérdida de Suelo)
trabajado por Wischmeier y Smith (1960), es un método
empírico que permite estimar el riesgo de erosión demás de
predecir los riesgos de erosión hídrica en tierras cultivables,
guía en la selección de prácticas agrícolas, y así como también
optimizar el uso de la tierra.
La ecuación de la pérdida de suelos incluye el factor de
erosividad de la lluvia-escurrimiento (R), el factor de
erodabilidad del suelo (K), el factor longitud de pendiente (L),
el factor cobertura manejo (C), el factor de inclinación de la
pendiente (S) y el factor prácticas de control (P).
Para los cálculos y la creación de mapas haremos uso de
Sistema de Información Geográfica (SIG) y sus
correspondientes expresiones en la línea de comando.
Se crearon mapas para cada factor de forma,la misma que
permitió calcular el mapa de erosión con la siguiente
expresión.
𝐴 = 𝑅 ∗ 𝐾 ∗ 𝐿 ∗ 𝑆 ∗ 𝐶 ∗ 𝑃
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Dónde:
A= Pérdida de suelo promedio (T/ha/año en el sistema de
unidades internacional)
R=Factor de erosividad de la lluvia-escurrimiento, expresado
en (MJ/ha*mm/hr)/año.
K= Factor de erodabilidad del suelo. Se expresa en t/ha por
(MJ/ha*mm/hr)
L= Factor longitud de pendiente. (Adimensional)
S= Factor inclinación de pendiente. (Adimensional)
C= Factor cobertura-manejo. (Adimensional)
P= Factor prácticas de control. (Adimensional)
Luego se aplicó una segunda metodología basada en la
modificación de algunos parámetros de la metodología
anterior tales como:
a) El factorR
El cual fue modificado utilizando el método de Fourier para el
cual se hizo uso de los datos de precipitación promedios
mensuales, obteniendo los siguientes resultados a partir de las
expresiones correspondientes.
𝐹 = ∑ 𝑃𝑖
212𝑖=1
𝑃𝑎
Dónde:
Pi [mm]= es la lluvia promedio mensual
Pa[mm]= es la lluvia promedio anual
La relación del coeficiente con R es dada por:
𝑅 = 0.264𝐹1.50
En la siguiente ilustración, se muestra el mapa de la cuenca
con sus respectivos valores regionalizados de tormentas de
diseño.
Ilustración1. Mapa de datos de las tormentas de diseño
La tabla Nº1 muestra el resultado del factor R para cada una
de las estaciones a partir de los datos de lluvia de la cuenca.
Tabla 1. Resultados de los valores de R
Estaciones F R
Angosto Molinero 104.28 281.13
Mizque 120.53 349.35
Pasorapa 102.57 274.25
Pocona 155.28 510.82
Pojo 175.75 615.09
Pte.Taperas 139.13 433.24
Pte. Arce 88.22 218.77
Puerto Nava 83.77 202.43
Sacabamba 112.39 314.55
Santa Rosa 212.9 820.07
Sehuencas 208.1 792.55
Tiraque 144.12 456.77
Vallegrande 117.16 334.81
La Ilustración2 muestra el mapa del factor R especializado,
marcado por 3 valores constantes en toda la cuenca.
Ilustración2. Mapa espacializado R
En la ilustración N°3 se muestran los valores de la
clasificación de las pendientes de la cuenca. Esta información
ha sido obtenida a partir de un DEM (DigitalElevationModel).
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Ilustración3. Mapa topográfico, siendo el de pendientes
reclasificados.
b) El factor K
El factor K ha sido trabajada con la metodología de
Weschmeier et al (1971), a partir de la siguiente expresión:
𝐾 = 0.01317 ∗ [2.1 ∗ 10−4 ∗ 𝑀1.14 ∗ (12 − 𝑀𝑂) + 3.25∗ (𝑆 − 2) + 2.5 ∗ (𝑃 − 3)]
Dónde:
M= Término que puede ser estimado empleando la expresión:
[%𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑚𝑢𝑦 𝑓𝑖𝑛𝑎 + %𝐿𝑖𝑚𝑜]𝑥[100 − %𝐴𝑟𝑐𝑖𝑙𝑙𝑎]
MO= %de materia orgánica en el suelo.
S= Código de acuerdo a la estructura del suelo (Granular
muy fino=1, Granular fino=2, Granular grueso=3, Bloques,
Laminar o masiva=4) (Atawoo&Heerasing, 1997).
P= Código de acuerdo a la permeabilidad del suelo (Alta=1,
Moderada a alta=2, Moderada=3, Baja a moderada=4,
Baja=5, Muy baja=6) (Atawoo&Heerasing, 1997).
En la ilustración N°4 se muestra el triángulo textural
desarrollado por el USDA (UnitedStatesDepartment of
Agriculture) y utilizado en el presente trabajo.
Ilustración4. Triangulo textural desarrollado por el USDA
Para Calculo del sub mapa M:
Asumiendo datos del triángulo de texturas obtenemos los
resultados de la tabla Nº2.
Tabla2. Resultados de los valores de M
%Arena
muy Fina %Limo %Arcilla M
Arcillo Arenoso 22 5 42 1566
Arcillo Limoso 4 46 46 2700
Arcilloso 12 20 60 1280
Areno Franco 22 23 12 3960
Arenoso 15 5 5 1900
Franco 20 40 20 4800
Franco Arcillo
Arenoso 22 12 29 2414
Franco Arcillo
Limoso 7 55 35 4030
Franco Arcilloso 18 35 35 3445
Franco Arenoso 22 23 12 3960
Franco Limoso 12 68 12 7040
Limoso 4 89 5 8835
Los mapas espacializados M, MO, S y P (Ver Ilustración 4,
5,6 y 7 respectivamente), han sido obtenidos con las
consideraciones antes descritas, para finalmente la obtención
del mapa K.
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Ilustración5. Mapa espacializado M
Calculo del sub mapa MO: Se ha obtenido a partir de la tabla
de datos de suelo dados en la práctica.
Ilustración6. Mapa espacializado MO
Calculo del sub mapa S: Se ha obtenido a partir de la tabla de
datos de suelo y la asignación de los valores correspondientes,
para ello se ha hecho uso de la expresión siguiente en la línea
de comando:
S=iff(estruc=" Granular muy fino",1,iff(estruc=
"Granular fino",2,iff(estruc=" Granular Grueso",3,?)))
Ilustración7. Mapa espacializado S
Calculo del sub mapa P: Se ha obtenido a partir de la tabla de
datos de suelo y la asignación correspondiente para ello se ha
considerado la siguiente data para la clasificación:
Alta=1, Moderada Alta=2, Moderada=3,
Baja a moderada=4, Baja a moderada=4, Baja=5, Muy baja=6
Ilustración8. Mapa del subfactor P
Finalmente haremos uso de la expresión de Weschmeier,
teniendo ya todos los mapas correspondientes para la
obtención del mapa K (ver ilustración N°9).
Ilustración9. Mapa espacializado K
c) El factor L
Ha sido obtenido a partir el Modulo Hydroprocessing del
ILWIS (SIG), donde nos permite extraer varios índices,
siendo el que nos interesa el índice de Transporte de
Sedimentos (sedimenttransportindex), para luego emplear la
siguiente expresión:
𝐿 = (𝜆
22.1)
𝑚
Donde:
L = Factor longitud de pendiente
𝜆 = Longitud de la pendiente (m), correspondiendo a la
proyección horizontal de la pendiente.
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22.1 = Longitud (m) de la parcela estándar de la (USLE)
m= Exponente que depende del grado de la pendiente.
Esta última expresión ha sido desarrollada por Montenegro y
Malagon (1990), finalmente se obtuvo el siguiente mapa
espacializado para L (ver ilustración N°10).
Ilustración10. Mapa espacializado L
d) El factor de Cobertura –Uso C :
La determinación del factor C se realizará utilizando por un
lado una imagen satelital de la zona y un mapa de tipos de uso
de la tierra.
𝐶 = 𝑃𝐿𝑈 ∗ 𝐶𝐶 ∗ 𝑆𝐶 ∗ 𝑆𝑅
Donde los sub mapas PLU es un factor de uso de tierra previo,
expresa la influencia sobre la erosión de los cultivos previos
dejados en la superficie del suelo, CC es un factor de la
cobertura del follaje, expresa la efectividad del follaje de las
plantas en la reducción de la energía de la lluvia golpeando el
suelo, SC es el factor de cobertura superficial, que afecta la
erosión reduciendo la capacidad de transporte del
escurrimiento superficial causando deposición en depresiones
y disminuyendo el área susceptible al impacto de las gotas de
lluvia, y finalmente SR que es un factor de rugosidad
superficial su incremento disminuye la capacidad de
transporte y la capacidad de desprendimiento reduciendo la
velocidad del flujo. Para la generación de los Sub mapas antes
mencionados haremos uso de las siguientes expresiones en la
línea de comando del ILWIS. (Ver ilustraciones a, b, c, d.)
Tabla 3. Cobertura
TIPO DE CUBIERTA FACTOR C
Arbolado forestal denso 0.01
Arbolado forestal claro 0.03
Matorral con una buena cobertura. 0.08
Matorral con ralo y eriales 0.2
Cultivos arbóreo y viñedos 0.4
Cultivos anules y herbáceos 0.25
Cultivos de regadío 0.04
Ilustración11
PLU=iff(Cober_Mizque=“CULTIVOS”,0.8,
iff(Cober_Mizque=“ SUELO DESNUDO_LECHO DEL
RIO”,0.5, iff(Cober_Mizque=
“BOSQUE”,0.6,iff(C_r<=0.4,0.8,iff(C_r>0.4,0.6,?)))))
Ilustración11.1
H=iff(Cober_Mizque=“CULTIVOS”,1, iff(Cober_Mizque
= “SUELO DESNUDO_LECHO DEL RIO”,0.1,
iff(Cober_Mizque=“
BOSQUE”,5,iff(C_r<=0.4,0.15,iff(C_r>0.4,0.4,?)))))
CC=1-C_r*exp(-0.1*H)
C_r: Mapa dado como dato
Ilustración11.2
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b=iff(Cober_Mizque=“CULTIVOS”,0.035,
iff(Cober_Mizque=“ SUELO DESNUDO_LECHO DEL
RIO”,0.05, iff(Cober_Mizque=“BOSQUE”,0.035,
iff(C_r<=0.4,0.025,iff(C_r>0.4,0.025,?)))
Ru=iff(Cober_Mizque=“CULTIVOS”,0.76,
iff(Cober_Mizque=“ SUELO DESNUDO_LECHO DEL
RIO”,0.95, iff(Cober_Mizque=“
BOSQUE”,1.14,iff(C_r<=0.4,0.76,
iff(C_r>0.4,0.76,?)))))
SC=EXP(-b*Sp*((0.24/Ru)^(0.08)))
Ilustración11.3
SR=EXP (-0.06*(Ru-0.24))
Con el resultado de cada uno de los mapas anteriores
obtenemos el mapa espacializado C, para el uso de suelo (ver
ilustración N°11)
Ilustración12. Mapa espacializado C
e) Factor S :
Es el factor de la inclinación de la pendiente para el cual se
utiliza la siguiente expresión:
𝑺 = 𝟏𝟎. 𝟖 ∗ 𝐬𝐢𝐧 ∅ + 𝟎. 𝟎𝟑 𝑪𝒖𝒂𝒏𝒅𝒐 𝑺 < 𝟗%
𝑺 = 𝟏𝟔. 𝟖 ∗ 𝐬𝐢𝐧 ∅ − 𝟎. 𝟓 𝑪𝒖𝒂𝒏𝒅𝒐 𝑺 ≥ 𝟗%
Dónde:
𝑆 = Factor inclinación pendiente
𝑠 = Pendiente en %
∅ =Pendiente
Ilustración13. MAPA FINAL - Mapa de riesgo potencial
El factor de P no se consideró porque no tiene información al
respecto. Por lo cual las tasas fueron el producto de R, K, L, S
y factor C. En el siguiente mapa final se aplicó una
condicional al mapa de tasas, limitando los valores mayores a
300tn/ha/año, para fines de visualización.
Ilustración14. MAPA DE RIESGO ACTUAL
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TABLA DE JERARQUIZACION DE LAS
SUBCUENCAS DE ACUERDO A SU RIESGO
DE EROSIÓN
Tabla4. Resultados de riesgo de erosión
Sub Cuencas Áreas
Km2
Riesgo de
erosión
Callejas 147.6 Medio alto
Comarapa 641.1 Alto
Intercuenca 1 1040.4 Alto
Intercuenca 2 1040.2 Alto
Julpe 676.7 Alto
Mizque 1117.3 Alto
Pajcha-Santa Rosa 437.8 Medio alto
Pojo 1186.5 Muy Alto
Qda Arenal 215.4 Medio alto
Qda Aurelio 137.7 Alto
QdaPerez 149.2 Alto
QdaPerez 142.9 Alto
Qda San Lorenzo 175.5 Alto
Salto Mayu 246.9 Bajo
San Isidro Pulquina 985.9 Alto
Sauces 345.3 Alto
Tipajara 249.9 Bajo
Tucma 236.1 Alto
Uchuchjara 392.4 Bajo
Uyuchama 332.5 Alto
Vicho Vicho 332.4 Alto
Huertas 441.1 Muy Bajo
MEDIDAS DE CONTROL QUE PODRÍAN
IMPLEMENTARSE EN LAS SUBCUENCAS QUE
TENGAN UNA MAYOR PRIORIZACIÓN
Terrazas de leños
A menudo utilizados después de los incendios forestales para
proteger el suelo expuesto a la erosión, los árboles caídos se
colocan a través de una pendiente creando una terraza de
leños. Al alternar el patrón de los troncos, la escorrentía no
tiene ninguna trayectoria recta para llevarse la tierra. Este
método reduce la velocidad del agua. Los leños deben ser
incrustados y el espacio entre el suelo y el leño relleno para
evitar que el agua corra por debajo de los leños de la terraza.
Clavar estacas en el lado inclinado evita que los leños rueden
cuesta abajo.
Vallas de sedimento
Hechas de alambre y material de filtro de tela, las vallas de
sedimento atrapan la escorrentía. Estas cercas son las más
utilizadas en tierras no inclinadas, y su diseño no es eficiente
para las zonas de flujo pesado. También conocidas como
vallas de filtro, estas vallas permiten un control temporal de
los sedimentos en las obras de construcción u otras zonas que
afecten el suelo. Los sedimentos acumulados deben ser
limpiados lejos de la cerca, ya que el material de filtro no está
diseñado para ser una barrera permanente.
Canales de césped
El uso de las vías de césped impide el desarrollo de la erosión
en cárcavas (suelo erosionado en guiones de campo de
profundidad) mediante la creación de un camino de césped
bien establecido que controla la escorrentía de los campos
inclinados. Los canales crean un aspecto estéticamente
agradable con césped saludable y utilizable. Fertilizar
ocasionalmente ayuda a mantener un crecimiento espeso del
césped, y es menos probable que se lave cuando se mueven
grandes cantidades de agua a través de los canales que se
hacen con el uso de maquinaria agrícola estándar.
CONCLUSIONES
En la zona suroeste la erosión es baja y moderada, en cambio
en las zonas norte este y oeste la erosión en alto a muy alto.
Para el cálculo de las tasa de erosión se ha trabajado con
metodologías combinadas tanto la del USDA (1987) y
metodologías alternativas. Este uso combinado de
metodologías brinda al profesional una herramienta más
flexible en función a los datos que se pueden tener de una
determinada zona de la cual se necesita obtener la tasa de
erosión.
La ecuación USLE es la de mayor uso en la actualidad
(Mitchell y Bubenzer, 1980) sin embargo requieren muchos
factores de los que a veces es difícil disponer. Además Rivera
(1997) planteó que no se ha demostrado la relación específica
para que los factores L, S, y P, derivados de los principales.
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