Algunas veces la forma más sencilla de calcular el efecto de un proceso físico consiste en utilizar una ecuación establecida, o fórmulas, o diagramas. La tendencia actual es la de recurrir a todos esos medios auxiliares y modelos de soluciones, los que tienden a ser cada vez más complicados y, consecuentemente, dependen de los ordenadores para llevar a cabo los procesos matemáticos.
Como siempre, el objetivo se debe definir claramente. ¿Se necesita información sobre el volumen de la erosión porque preocupa la pérdida de productividad o porque un embalse se está colmatando? ¿Es el producto final un número que se utilizará para diseñar algo o para entender mejor algún elemento del proceso de erosión? En la sección Otras obras de consulta se enumeran algunos análisis de la teoría y la práctica de la elaboración de modelos; el presente capítulo se limitará a los métodos que permiten responder a preguntas que es probable que surjan en los proyectos de campo.
Es preciso dar una breve explicación de los diferentes tipos de modelos.
Una solución o modelo empírico es el que se basa en la observación o el experimento y no deriva de la teoría. Se ajusta a los hechos observados y permite predecir lo que sucederá en ciertas circunstancias, porque ya se sabe lo que ha sucedido antes en esas mismas condiciones. La confiabilidad de esos métodos depende de la base de datos experimentales; podría decirse que "esto va a suceder con toda seguridad" (porque siempre es así) o que "probablemente sucederá" (porque suele ser así), o que "podrá suceder" (porque a veces sucede). Una solución empírica puede ser una sencilla relación aproximada o una compleja ecuación de regresión múltiple.
La comparación del cálculo obtenido con un método empírico con el obtenido con otro método empírico, sin nuevos datos experimentales, es totalmente infructuosa y poco científica; por ejemplo, la comparación del índice de erosión, EI30 con otro cálculo empírico de la erosionabilidad. El fundamento y el punto de partida de todo estudio empírico deben ser las mediciones físicas.
Un modelo de factores es un modelo empírico en el que cada una de las variables está representada por un factor cuantificado; luego los factores se combinan, por ejemplo, sumándolos o multiplicándolos. Sirvan de ejemplo el método de Cook para calcular la escorrentía examinada en la sección Caudales máximos de escorrentía, y la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo para calcular la pérdida de suelo, examinada en la sección Modelos empíricos para calcular la pérdida de suelo.
La expresión modelo "caja negra" describe un modelo en el que el usuario aporta determinados elementos de información y obtiene una respuesta sin necesidad de saber o entender lo que sucede dentro de la "caja negra". Esos modelos, que se denominan también modelos misteriosos, sólo pueden aplicarse solamente en una dirección, es decir, todos los datos van a un miembro de la ecuación y la respuesta es el resultado en el otro miembro de la misma. Un uso erróneo, lamentablemente común, con el modelo de "caja negra" se encuentra cuando en la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo, se busca aplicarlo a la inversa y resolver la ecuación a partir de uno de los datos.
Se han creado modelos empíricos a partir de una base de datos experimentales obtenidos en determinadas condiciones, y se espera que el modelo funcione en esas condiciones. Sin embargo, no necesariamente funcionará en condiciones diferentes. Ningún modelo puede ser nunca auténticamente universal, y hasta los modelos basados en procesos necesitan parámetros de corrección para las condiciones específicas de un lugar. Lo ideal sería que cada país o región diseñara sus propios modelos de predicción para que se ajusten a sus propias condiciones y a sus bases de datos. Algunos ejemplos son el modelo de cálculo de la pérdida de suelo de Africa del Sur (SLEMSA), diseñado en Zimbabwe, y el modelo europeo de erosión del suelo (EUROSEM).
Los procedimientos elaborados en los Estados Unidos de América se fundan en una amplia base de datos procedentes de investigaciones; existe siempre una gran tentación de aplicarlos en países que no disponen de tiempo ni de recursos para acumular datos suficientes para crear variaciones locales. Cierto volumen de extrapolación puede ser útil y, por ejemplo, se pueden tomar prestados algunos componentes de la Ecuación Universal de la Pérdida de Suelo, siempre que se actúe con cautela. Las posibilidades y los peligros de transferir la tecnología de los Estados Unidos sobre la predicción de la erosión han sido cuidadosamente estudiados (Foster, Moldenhauer y Wischmeier 1982).
Un modelo basado en procesos (denominado también modelo de componente analítico) puede explicar matemáticamente cada uno de los procesos físicos separados y luego agrupar los efectos separados. Como hay muchas variables y muchos cálculos matemáticos, esos modelos sólo se pueden utilizar con la ayuda de ordenadores.
Los modelos estocásticos son particularmente útiles en los estudios hidrológicos y se basan en las probabilidades de que sucedan acontecimientos en una larga serie temporal.
Los dos últimos tipos de modelos quedan fuera del alcance del presente trabajo.
Por último, la precisión y confiabilidad de los cálculos a partir de modelos no pueden ser mejores que los datos aportados. Como dicen los programadores de ordenadores, "si se alimenta con basura, se obtiene basura".
Caudales máximos de escorrentía
Cantidad de escorrentía, o rendimiento
Un cálculo del caudal máximo probable de escorrentía es necesario para diseñar canales, drenajes o alcantarillas, o para calcular los niveles máximos de inundación. Se describen dos métodos empíricos sencillos.
La fórmula racional
La fórmula racional es:
donde:
Q es el caudal en metros cúbicos por segundo,
I es la intensidad en milímetros por hora,
A es la superficie de la cuenca en hectáreas,
C es un coeficiente de escorrentía sin dimensiones.
La fórmula se obtuvo inicialmente en unidades inglesas y debe parte de su popularidad a que, cuando se utilizan las unidades inglesas más convenientes, C deja de tener dimensiones debido a una curiosa coincidencia numérica, por ejemplo:
para lluvias que caen a una pulgada/hora en un acre, 43 560 (acres a pies2) x 1/12 (pulgada/hora a pies/hora) x 1/3 600 (horas a segundos) = 1 008 pies³/s, que a los efectos prácticos se puede considerar como la unidad; de manera que en unidades inglesas la fórmula es:
Q = CIA
donde:
Q es el caudal de escorrentía en pies cúbicos por segundo,
I es la intensidad en pulgadas por hora,
A es el área en acres,
C es el mismo factor sin dimensión que en la fórmula métrica.
Para resolver la ecuación, cada uno de los tres factores del miembro de la derecha tiene que ser conocido. El área A se mide por medio de levantamientos topográficos, o a partir de mapas o fotografías aéreas.
Para obtener el valor de la intensidad I primero es necesario calcular el tiempo de recolección del área de captación, es decir, el tiempo máximo que tarda la escorrentía de superficie en pasar de cualquier punto de la cuenca a la salida. En el Cuadro 11 se dan valores del tiempo de recolección en cuencas hidrográficas de diversos tamaños y pendientes. El dato siguiente es sobre la intensidad máxima de la lluvia que es probable dure durante el tiempo de recolección de la información. De ser posible se deben utilizar los registros de las precipitaciones locales para calcular este valor. Cuando no se dispone de registros locales se puede efectuar un cálculo a partir de la Figura 57 que se deriva de los registros de las precipitaciones en Australia y Africa. Las tempestades que duran menos de cinco minutos pueden tener intensidades sumamente elevadas; este método no se debe utilizar para tiempos de recolección de cinco minutos o menos. Esta Figura muestra la precipitación máxima que es probable se produzca por término medio una vez cada diez años. Para obtener Figuras correspondientes a períodos más breves o mayores, se pueden utilizar los factores de conversión del Cuadro 12.
El coeficiente C es una medida de la proporción de la lluvia que se convierte en escorrentía. En un techo de metal casi toda la lluvia se convertirá en escorrentía, de manera que C será casi 1,0, mientras que un suelo arenoso bien drenado, donde las nueve décimas partes de la lluvia penetran en la tierra, el valor de C sería de 0,1. El Cuadro 13 da algunos valores de C. Cuando la cuenca tiene diferentes tipos de tipografía, o de uso de la tierra, se obtiene una media ponderada combinando los diferentes valores en proporción al área de cada uno de ellos.
CUADRO 11 - Tiempo de acumulación de pequeñas cuencas hidrográficas (de Schwab et al. 1981)
|
Pendiente media de la cuenca |
0,05 |
0,1 |
0,5 |
1,0 |
2,0 |
5,0 |
10,0 |
|
Longitud máxima de la corriente |
Tiempo de acumulación | ||||||
|
100 |
12 |
9 |
|
|
|
|
|
|
200 |
20 |
16 |
8 |
6 |
|
|
|
|
500 |
44 |
34 |
17 |
13 |
10 |
8 |
7 |
|
1000 |
75 |
58 |
30 |
23 |
18 |
13 |
10 |
|
2000 |
130 |
100 |
50 |
40 |
31 |
22 |
15 |
|
3000 |
175 |
134 |
67 |
55 |
42 |
30 |
22 |
|
4000 |
216 |
165 |
92 |
70 |
54 |
38 |
30 |
|
5000 |
250 |
195 |
105 |
82 |
65 |
45 |
35 |
FIGURA 57 - Relación entre la intensidad de la lluvia y la duración
CUADRO 12 - Factores de conversión de la probabilidad de la lluvia para diversos períodos
|
2 años |
0,75 |
|
5 años |
0,85 |
|
10 años |
1,00 |
|
25 años |
1,25 |
|
50 años |
1,50 |
Método de Cook
Este método fue concebido inicialmente por un ingeniero del servicio de conservación de suelos de los Estados Unidos, y requiere que se efectúe una valoración de algunos de los principales factores que influyen en la escorrentía: la cubierta vegetal, el tipo de suelo y el drenaje, y la pendiente del suelo. El método original de Cook incluía un cuarto factor constituido por el grado de almacenamiento del área dentro de la cuenca, pero los ensayos han demostrado que el método se puede simplificar ignorando este factor, sin que se produzca una pérdida importante de su eficacia.
La situación de la cuenca hidrográfica se compara, con respecto a cada uno de los tres factores, con las condiciones enumeradas en el Cuadro 14. En el Cuadro se señala la descripción que mejor se ajusta a la cuenca y se le asigna un valor. Se pueden utilizar valores intermedios; por ejemplo, si la mitad de la cuenca hidrográfica tiene una cobertura vegetal densa y el resto no tan densa, se podría utilizar un valor de 12 o 13. El total aritmético de los números correspondientes a cada una de las tres columnas se designa como la característica de la cuenca (CC).
A continuación se mide el área de la cuenca y, utilizando el área A y la característica (CC), se puede deducir la escorrentía máxima según el Cuadro 15. Este da la escorrentía para una probabilidad de 10 años; los factores de conversión indicados en el Cuadro 12 se pueden aplicar para obtener las cifras correspondientes a otros períodos.
CUADRO 13 - Valores del coeficiente C de la escorrentía (de Schwab et al. 1981)
|
Topografía y vegetación |
Textura del suelo |
||
|
Tierra franca arenosa |
Arcilla y limo |
Arcilla compacta |
|
|
Bosques |
|
|
|
|
Llano, 0-5% de pendiente |
0,10 |
0,30 |
0,40 |
|
Ondulado, 5-10% de pendiente |
0,25 |
0,35 |
0,50 |
|
Montañoso, 10-30% de pendiente |
0,30 |
0,50 |
0,60 |
|
Pastizales |
|
|
|
|
Llanos |
0,10 |
0,30 |
0,40 |
|
Ondulados |
0,16 |
0,36 |
0,55 |
|
Montañosos |
0,22 |
0,42 |
0,60 |
|
Tierras cultivadas |
|
|
|
|
Llanas |
0,30 |
0,50 |
0,60 |
|
Onduladas |
0,40 |
0,60 |
0,70 |
|
Montañosas |
0,52 |
0,72 |
0,82 |
|
Zonas urbanas |
30% de la superficie impermeable |
50% de la superficie impermeable |
70% de la superficie impermeable |
|
Llanas |
0,40 |
0,55 |
0,65 |
|
Onduladas |
0,50 |
0,65 |
0,80 |
Otro factor a considerar es la forma de la cuenca hidrográfica. El Cuadro 13 da la escorrentía de una cuenca que es regular, ya sea cuadrada o redonda. Si la cuenca tiene otra forma se deben aplicar los factores de conversión siguientes:
|
Cuenca cuadrada o redonda: |
1,0 |
|
Cuenca alargada y angosta: |
0,8 |
|
Cuenca ancha v corta: |
1.25 |
CUADRO 14 - Valores de las características de la cuenca de Cook
|
Cubierta |
|
Tipo de suelo y drenaje |
|
Pendiente |
|
|
Gramíneas densas |
10 |
Suelos profundos y bien drenados |
10 |
Muy llana o suave |
5 |
|
Arbustos o hierbas medias |
15 |
Suelos profundos moderadamente permeables |
20 |
Moderada |
10 |
|
Tierras cultivadas |
20 |
Suelos de buena permeabilidad y profundidad |
25 |
Ondulada |
15 |
|
Desnuda o erosionada |
25 |
Suelos de poca profundidad con drenaje difícil |
30 |
Colina o escarpada |
20 |
|
|
|
Superficie rocosa o arcillas de densidad media |
40 |
Montañosa |
25 |
|
|
|
Superficies impermeables y suelos anegados |
50 |
|
|
Elíjase el factor más adecuado de cada una de estas tres listas y súmanse.
Ejemplo: Hierba densa (10) en suelos poco profundos con un drenaje difícil (30) y una pendiente moderada (10): CC = 10 + 30 + 10 = 50.
CUADRO 15 - Cálculo de la escorrentía por el método de Cook
CC del Cuadro 14, A en hectáreas, escorrentía en m3/s
|
CC |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
70 |
75 |
80 |
|
5 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,7 |
0,9 |
1,1 |
1,3 |
1,5 |
1,7 |
1,9 |
2,1 |
|
10 |
0,3 |
0,5 |
0,7 |
0,9 |
1,1 |
1,4 |
1,7 |
2,0 |
2,4 |
2,8 |
3,2 |
3,7 |
|
15 |
0,5 |
0,8 |
1,1 |
1,4 |
1,7 |
2,0 |
2,4 |
2,9 |
3,4 |
4,0 |
4,6 |
5,2 |
|
20 |
0,6 |
1,0 |
1,4 |
1,8 |
2,2 |
2,7 |
3,2 |
3,8 |
4,4 |
5,1 |
5,8 |
6,5 |
|
30 |
0,8 |
1,3 |
1,8 |
2,3 |
2,9 |
3,6 |
4,4 |
5,3 |
6,3 |
7,3 |
8,4 |
9,5 |
|
40 |
1,1 |
1,5 |
2,1 |
2,8 |
3,5 |
4,5 |
5,5 |
6,6 |
7,8 |
9,1 |
10,5 |
12,3 |
|
50 |
1,2 |
1,8 |
2,5 |
3,5 |
4,6 |
5,8 |
7,1 |
8,5 |
10,0 |
11,6 |
13,3 |
15,1 |
|
75 |
1,6 |
2,4 |
3,6 |
4,9 |
6,3 |
8.0 |
9,9 |
11,9 |
14,0 |
16,4 |
18,9 |
21,7 |
|
100 |
1,8 |
3,2 |
4,7 |
6,4 |
8,3 |
10,4 |
12,7 |
15,4 |
18,2 |
21,2 |
24,5 |
28,0 |
|
150 |
2,1 |
4,1 |
6,3 |
8,8 |
11,6 |
14,7 |
18,2 |
21,8 |
25,6 |
29,9 |
35,0 |
40,6 |
|
200 |
2,8 |
5,5 |
8,4 |
11,7 |
15,3 |
19,1 |
23,3 |
28,0 |
33,1 |
38,5 |
45,0 |
52,5 |
|
250 |
3,5 |
6,5 |
9,7 |
13,2 |
17,2 |
21,7 |
27,0 |
32,9 |
39,6 |
46,9 |
55,0 |
63,7 |
|
300 |
4,2 |
7,0 |
10,5 |
14,7 |
19,6 |
25,2 |
31,5 |
38,5 |
46,2 |
54,6 |
63,7 |
73,5 |
|
350 |
4,9 |
8,4 |
12,6 |
17,2 |
23,2 |
30,2 |
37,8 |
46,3 |
53,8 |
62,5 |
71,5 |
81,0 |
|
400 |
5,6 |
10,0 |
14,4 |
19,4 |
25,6 |
33,6 |
42,2 |
51,0 |
60,0 |
69,3 |
79,5 |
90,0 |
|
450 |
6,3 |
10,5 |
15,5 |
21,5 |
28,5 |
36,5 |
45,5 |
55,5 |
65,5 |
76,0 |
86,5 |
97,5 |
|
500 |
7,0 |
11,0 |
17,0 |
23,5 |
31,0 |
40,5 |
51,0 |
62,0 |
73,0 |
84,0 |
95,0 |
106,5 |
Además de conocer la probable proporción de escorrentía, puede ser necesario saber la cantidad total que pueda provenir de una cuenca. La escorrentía anual total se denomina rendimiento de una cuenca o volumen total de agua, aunque es posible que sea de más valor conocer los datos de períodos más breves, como el caudal mensual, o la cantidad de agua procedente de tormentas individuales. La utilidad del agua para el riego o para el consumo doméstico no sólo depende de la cantidad total, sino también del momento en que está disponible y de la confianza que se puede tener en el suministro. El dato del caudal medio podría dar una idea errónea si no se conoce la variación probable a cualquiera de los lados de la media y el caudal mínimo probable. El diseño de un plan de regadío que utilice un caudal seguro y constante sería muy diferente de la de un plan que exija almacenar agua para regular un caudal poco seguro y variable. Las estimaciones de la disponibilidad de agua dependen, por consiguiente, de que se disponga de registros de las precipitaciones y del caudal de la corriente, y cuanto más largos y confiables sean los registros, más exacto será el cálculo basado en ellos.
Los métodos de cálculo de la cantidad total de agua son muy distintos en climas áridos y en climas húmedos. En climas húmedos, la capa de agua está bastante cerca de la superficie la mayor parte del tiempo y por encima del lecho de las corrientes y ríos. En consecuencia, se producen constantes filtraciones de la capa freática a las corrientes, además de la escorrentía directa procedente de las tormentas. No es posible saber cuánta agua de una corriente procede de filtraciones y cuánta procede del caudal de una tormenta, por lo que el caudal total no se puede correlacionar con los registros de las precipitaciones; la única forma de predecir la cantidad total de agua estriba en disponer de registros anteriores del caudal. En países con datos suficientes sobre los caudales, se pueden dibujar mapas que muestren las isopletas o líneas de igual escorrentía. Naturalmente estos mapas se parecen a los mapas de precipitaciones, pero la proporción de escorrentía es mayor cuando las precipitaciones totales son mayores, por lo que la diferencia entre unas precipitaciones escasas o abundantes aparece exagerada en los mapas de escorrentía.
En las regiones áridas no existen depósitos de aguas freáticas de modo que tampoco hay filtraciones. El rendimiento de escorrentía está constituido, por lo tanto, íntegramente por la escorrentía de las tormentas y se puede calcular a partir de los registros de las precipitaciones.
La cantidad de escorrentía es la cantidad de precipitaciones menos las pérdidas, es decir:
Q (escorrentía) = P (lluvias) - L (pérdidas)
En los climas semiáridos este método se puede utilizar para calcular la escorrentía anual a partir de las precipitaciones anuales substrayendo la evapotranspiración anual calculada. Esta es función del uso de la tierra y de la latitud, y puede variar de 300 a 800 mm al año. Si se traza una gráfica de la escorrentía acumulada de una cuenca hidrográfica en comparación con las lluvias acumuladas, las pérdidas medias se pueden determinar a partir de la pendiente indicada en el gráfico (Figura 58). Esa gráfica se puede trazar utilizando datos diarios o semanales o a partir de tormentas individuales.
En los climas áridos las pérdidas ocurren por infiltración y evaporación; se puede obtener un cálculo de la cantidad total aplicando la fórmula a cada tormenta, dando por supuesto que la pérdida es idéntica en todas ellas, con valores que van de 10 a 20 mm por tormenta.
Un método más exacto consiste en reconocer que las pérdidas van a variar en función de la precipitación durante la tormenta y según la cantidad de humedad que pueda absorber el suelo. Esta es la base de la fórmula del servicio de conservación de suelos de los Estados Unidos:
donde:
Q es la escorrentía en mm
I es la lluvia de la tormenta en mm
S es la cantidad de lluvia, en mm, que puede absorber el suelo durante la tormenta.
FIGURA 58 - La escorrentía media en los climas áridos o semiáridos se puede calcular haciendo una gráfica con los totales acumulados de las lluvias medidas con la escorrentía medida
FIGURA 59 - Relación entre la escorrentía Q y la lluvia I correspondiente a diferentes valores de S utilizando la - Ecuación del Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos
Una posibilidad consiste en suponer un valor constante de S para una cuenca dada. Se pueden obtener cálculos más precisos asumiendo que, si las tormentas se producen en rápida sucesión, el suelo no tendrá tiempo de secarse en el lapso entre dichas tormentas. El Cuadro 16 indica algunos valores de S que tienen en cuenta este elemento, así como las diferentes capacidades de almacenamiento de diferentes suelos. En la Figura 59 se traza la ecuación mencionada correspondiente a diversos valores de S.
CUADRO 16 - Valores de S (mm) correspondientes a la fórmula de rendimiento de agua. Se pueden utilizar valores intermedios (de USDA-SCS, 1964)
|
Tipo de suelo |
Número de días desde la última tormenta que causó la escorrentía |
||
|
Más de 5 |
2-5 |
Menos de 2 |
|
|
Buena permeabilidad, por ejemplo, arenas profundas |
150 |
75 |
50 |
|
Permeabilidad media, por ejemplo, suelo franco de arcilla arenosa y suelo franco de arcilla |
100 |
50 |
25 |
|
Reducida permeabilidad, por ejemplo, arcillas |
50 |
25 |
25 |
Otro método para calcular el efecto de las condiciones en la cuenca, utilizando algunas variables diferentes, es conocido como el Método de Curvas de Escorrentía del Servicio de Conservación de Suelos. Se toman en consideración cuatro variables y en cada caso se tiene que hacer una selección a partir de una lista de alternativas. Hay diez categorías de uso o cobertura de la tierra, como se indica en la primera columna del Cuadro 17, con una opción entre dos o tres prácticas de conservación del suelo adecuadas como el cultivo en curvas de nivel y la construcción de terrazas. El estado hidrológico de la cuenca se califica de bueno, regular o malo, y dentro de estas categorías se pueden efectuar evaluaciones subjetivas. En lo que respecta a las tierras arables, el estado hidrológico indicará si la rotación facilitará las infiltraciones y dará lugar a una buena capacidad de laboreo. Para los pastizales, la evaluación tiene en cuenta la densidad de la cubierta vegetal, clasificándose de "buena" una cubierta de más del 75% y de "mala" una cubierta de menos del 50%. En lo que respecta a los bosques, los criterios son la profundidad de los restos vegetales y del humus, y la compacidad del humus. Por último, al suelo se le encuadra dentro de uno de los cuatro grupos de suelo hidrológicos descritos en el Cuadro 18.
Una desventaja de este método es que se funda en evaluaciones subjetivas (es decir, no mensurables) así como en criterios sobre hechos reales. Las variables se agrupan como en el Cuadro 17 para dar un número de curva que puede oscilar entre 25 y 100. Cuando las condiciones dentro de la cuenca hidrográfica son variables es posible calcular una media ponderada. El procedimiento consistirá primeramente en definir el área según el grupo de suelo y luego según el uso de la tierra, para obtener el número de la curva correspondiente a cada tratamiento y condición.
CUADRO 17 - Estimación de los números de las curvas de escorrentía (de USDA-SCS, 1964)
|
Uso cobertura de la tierra |
Tratamiento o práctica agrícola |
Estado hidrológico |
Grupo hidrológico de suelo |
|||
|
A |
B |
C |
D |
|||
|
Barbecho |
En surcos rectos |
- |
77 |
86 |
91 |
94 |
|
Cultivos en surcos |
En surcos rectos |
Malo |
72 |
81 |
88 |
91 |
|
En surcos rectos |
Bueno |
67 |
78 |
85 |
89 |
|
|
En curvas de nivel |
Malo |
70 |
79 |
84 |
88 |
|
|
En curvas de nivel |
Bueno |
65 |
75 |
82 |
86 |
|
|
En terrazas |
Malo |
66 |
74 |
80 |
82 |
|
|
En terrazas |
Bueno |
62 |
71 |
78 |
81 |
|
|
Cereales secundarios |
En surcos rectos |
Malo |
65 |
76 |
84 |
88 |
|
En surcos rectos |
Bueno |
63 |
75 |
83 |
87 |
|
|
En curvas de nivel |
Malo |
63 |
74 |
82 |
85 |
|
|
En curvas de nivel |
Bueno |
61 |
73 |
81 |
84 |
|
|
En terrazas |
Malo |
61 |
72 |
79 |
82 |
|
|
En terrazas |
Bueno |
59 |
70 |
78 |
81 |
|
|
Leguminosas sembradas densas o pradera en rotación |
En surcos rectos |
Malo |
66 |
77 |
85 |
89 |
|
En surcos rectos |
Bueno |
58 |
72 |
81 |
85 |
|
|
En curvas de nivel |
Malo |
64 |
75 |
83 |
85 |
|
|
En curvas de nivel |
Bueno |
55 |
69 |
78 |
83 |
|
|
En terrazas |
Malo |
63 |
73 |
80 |
83 |
|
|
En terrazas |
Bueno |
51 |
67 |
76 |
80 |
|
|
Praderas naturales o artificiales |
|
Malo |
68 |
79 |
86 |
89 |
|
|
Regular |
49 |
69 |
79 |
84 |
|
|
|
Bueno |
39 |
61 |
74 |
80 |
|
|
En curvas de nivel |
Malo |
47 |
67 |
81 |
88 |
|
|
En curvas de nivel |
Regular |
25 |
59 |
75 |
83 |
|
|
En curvas de nivel |
Bueno |
6 |
35 |
70 |
79 |
|
|
Pradera (permanente) |
|
Bueno |
30 |
58 |
71 |
78 |
|
Bosques (explotación de parcelas) |
|
Malo |
45 |
66 |
77 |
83 |
|
|
Regular |
36 |
60 |
73 |
79 |
|
|
|
Bueno |
25 |
55 |
70 |
77 |
|
|
Granjas |
|
- |
59 |
74 |
82 |
86 |
|
Caminos |
|
- |
74 |
84 |
90 |
92 |
CUADRO 18 - Grupos hidrológico de suelo (de USDA-SCS, 1964)
|
Grupo hidrológico del suelo |
Potencial de escorrentía |
Infiltración cuando la tierra está húmeda |
Suelos típicos |
|
A |
Escaso |
Alta |
Arenas y grava excesivamente drenadas |
|
B |
Moderado |
Moderada |
Texturas medias |
|
C |
Medio |
Lenta |
Textura fina o suelos con una capa que impide el drenaje hacia abajo |
|
D |
Elevado |
Muy lenta |
Suelos de arcillas hinchadas o compactas o suelos poco profundos sobre capas impermeables |
La Figura 60 muestra la relación entre la lluvia y la escorrentía usando las curvas de escorrentía y las precipitaciones; tiene obviamente una forma muy similar a la de la Figura 59, lo que no es sorprendente porque el número de la curva de escorrentía y el valor S son simples estimadores alternativos de las condiciones que se dan en la cuenca que afectan el rendimiento total.
El método de la curva de escorrentía puede aplicarse para calcular escorrentías de una tormenta individual, o precipitaciones semanales, mensuales o anuales. Es igualmente posible utilizarlo para obtener estimaciones de los caudales de escorrentía máximos, siendo un ejemplo de esto lo comunicado por FAO (1976b), aunque los autores insisten en que es un ejemplo de los casos en que la extrapolación sólo es permisible a un área de condiciones climáticas similares cuando se han efectuado comparaciones exactas ya que, de lo contrario, debe procederse con suma cautela.
Modelos empíricos para calcular la pérdida de suelo
Parámetros de la erosión
El cálculo de la pérdida de suelo es considerablemente más difícil que el cálculo de la escorrentía porque existen muchas variables que se producen naturalmente, como el suelo y la lluvia, o las prácticas agrícolas utilizadas. Como resultado de ello, los modelos, ya sean empíricos o científicos, son forzosamente complejos si se quiere que incluyan el efecto de todas las variables.
FIGURA 61 - Diversas estimaciones de la erosión del suelo en Africa (de Fournier 1960; Strakov 1967; Walling 1984, citado en Stocking 1987)
Para algunos fines, se pueden obtener estimaciones válidas a partir de modelos, de las que el mejor ejemplo es la estimación de la pérdida de suelo anual media a largo plazo utilizada por la Ecuación Universal de Pérdida de Suelos. Por otro lado, las estimaciones de la erosión regional o nacional son poco significativas o valiosas, y el ejemplo clásico de ello son las tres estimaciones diferentes de las cantidades totales de sedimentos en suspensión en Africa comparadas por Stocking (1987) e indicadas en la Figura 61.
Es posible construir un modelo basado en procesos físicos para pequeños componentes del proceso de erosión; por ejemplo, la erosión por impacto de las gotas de lluvia entraña sólo la energía de la lluvia, la medida en que el suelo está expuesto o cubierto por vegetación, y el tipo de suelo. Análogamente, el transporte de sedimentos sólo requiere el conocimiento de los efectos de la dimensión de las partículas y de la velocidad de la corriente. Aún así, un modelo de erosión en una situación de campo requeriría ecuaciones con respecto a esos dos aspectos, y también ecuaciones para predecir el depósito de sedimentos y la relación de distribución, ninguna de las cuales existe actualmente.
Si las condiciones se limitan, por ejemplo, a la pérdida de suelo de tierras arables de pendientes moderadas, quizá sea posible establecer un modelo empírico de "caja negra" como se ha hecho en realidad con éxito con la Ecuación Universal de Pérdida de Suelos. Sin embargo, existen otras dificultades. El efecto de unas lluvias violentas puede dominar la cantidad total de pérdida de suelo, particularmente en los trópicos y subtrópicos. En ese caso, la predicción de la pérdida de suelo depende fuertemente de los estudios sobre la probabilidad de las precipitaciones.
Otro factor que puede dificultar el empleo de las ecuaciones de predicción es el efecto de los sistemas mecánicos de conservación del suelo que sobresalen del suelo, por ejemplo, los sistemas de drenaje por surcos; o cuyo diseño o construcción es inadecuado, como se ilustra en la Fotografía 43. Otro aspecto de la erosión dominada por acontecimientos únicos son los movimientos masivos debido a deslizamientos y corrimientos de tierras. La única manera de hacer frente a estas tres situaciones parece ser una combinación de establecimiento de modelos de los procesos físicos y de modelos estadísticos (estocásticos) basados en las probabilidades; ambos casos están al margen del presente examen, aunque es necesario aclarar que "estocástico" procede de una palabra griega que significa "adivinar".
Una dificultad esencial que plantea el establecimiento de modelos para la pérdida de suelos es que las diferentes formas de erosión tienen diferentes causas y están influidas por distintos factores, de modo que un modelo para predecir la erosión de tierras cultivables utiliza un grupo de parámetros, pero un modelo para la erosión en cárcavas debe utilizar un parámetros totalmente distintos. En el presente estudio, se ignora el cálculo de la erosión en cárcavas debido a que, aun cuando los factores que las causan pueden ser identificados cualitativamente, no pueden ser cuantificados. Por otro lado los cálculos de la erosión de las cuencas hidrográficas no se incluyen debido a que los depósitos y la relación de distribución no se pueden cuantificar. Sin embargo, algunos modelos eficaces para calcular la pérdida de suelo de tierras cultivables y alguno de los factores utilizados en esos modelos se analizarán brevemente.
La Ecuación Universal de Pérdida de Suelo
Esta Ecuación ha representado un instrumento valioso y eficaz durante casi cuarenta años. Sus buenas cualidades han inducido a que se intente utilizarla con fines para los que no estaba concebida, lo que ha motivado a veces que sea objeto de críticas injustificadas. Hubo un momento en que esto indujo al autor del sistema a explicar cómo se debería y cómo no se debería utilizar (Wischmeier 1976). Su finalidad es muy sencilla y concreta. Proporciona un cálculo de la media de la pérdida de anual de suelo de tierras arables bajo diversas condiciones de cultivo. La aplicación de este cálculo tiene por objeto dar a los agricultores y a los técnicos en conservación de suelos la posibilidad de elegir combinaciones de usos de la tierra, prácticas de cultivo y prácticas de conservación del suelo que mantengan la pérdida de suelo a un nivel aceptable; con la terminología actual se diría que tiene por objeto lograr que el sistema agrícola sea sostenible. Como se concibió para ser usada en el campo tenía que ser "fácil de resolver e incluir sólo factores cuyo valor en un lugar particular se pueda determinar a partir de los datos disponibles. Algunos detalles y perfeccionamientos posibles se sacrificaron en aras de la utilidad" (Wischmeier 1976).
FOTOGRAFÍA 43 - El fracaso de un sistema de terrazas en Tanzania
Entre las cosas que la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo no pretende hacer (y por lo que no se la debería, por consiguiente, criticar) son las siguientes:
· Predecir la cantidad total de sedimentos de una cuenca hidrográfica, porque no incluye relaciones de depósito y de distribución.
· Predecir la pérdida de suelo resultante de una única tormenta porque los factores son promedios a largo plazo que atenúan las grandes variaciones.
· Predecir la pérdida de suelo fuera del ámbito de su propia base de datos sin determinar valores diferentes adecuados correspondientes a los factores (si por ejemplo, el factor de la pendiente sólo se ha determinado experimentalmente hasta un 16%; la extrapolación más allá de esta cifra debe probarse por medio de estudios experimentales).
· Separar los factores como si fueran entre sí independientes. Como dice Wischmeier (1976, pág. 372), "La relación de un parámetro particular con la pérdida de suelo está a menudo sensiblemente influida por los niveles a los que se presentan otros parámetros. En la medida en que se puedan evaluar con los datos existentes los efectos de esas interacciones, éstos se reflejarán en la Ecuación por medio de los procedimientos establecidos para calcular los valores de los factores locales. El factor R refleja la interacción de la magnitud de la tormenta y de las intensidades de las precipitaciones". Wischmeier da otros ejemplos en los que se tiene parcialmente en cuenta la interacción, pero la hipótesis básica es que cada factor es una variable independiente.
· Utilizarse como un instrumento de investigación preciso para estudiar los procesos de la erosión.
· Considerarla como una ecuación matemática que puede resolverse para uno de los datos, por ejemplo, midiendo la pérdida de suelo, calculando todos los factores excepto K y resolviendo luego la ecuación para K.
La ecuación se presenta en la forma
A = R x K x L x S x C x P
donde:
A es la media de la pérdida anual de suelo en toneladas por hectárea
R es una medida de las fuerzas erosivas de las precipitaciones y la escorrentía
K es el factor de erosionabilidad del suelo, es decir, una cifra que refleja la susceptibilidad de un tipo de suelo a la erosión o sea la recíproca de la resistencia del suelo a la erosión
L es el factor de longitud, una relación que compara la pérdida de suelo con la de un campo de una longitud específica de 22,6 metros
S es el factor de manejo, relación que compara la pérdida de suelo con la de un campo de pendiente específica del 9%
C es un factor de manejo de los cultivos, relación que compara la pérdida de suelo con la de un campo sometido a un tratamiento estándar de barbecho
P es el factor de la práctica de conservación, una relación que compara la pérdida de suelo con la de un campo al que no se aplica ninguna práctica de conservación, es decir, arado en el sentido de la pendiente.
Estos elementos necesitan ciertas explicaciones, particularmente dado que inicialmente se originaron en unidades imperiales, y la conversión al sistema métrico o internacional ha sido la causa de múltiples errores y confusiones, agravados por el hecho de que las referencias del Servicio de Conservación de Suelos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos al tema (USDA 1978) contenía errores que se corrigieron en un suplemento de 1981.
Los factores L, S, C y P son cada uno de ellos relaciones sin dimensión que permiten comparar el lugar que se está estudiando con condiciones estándar de la base de datos.
R, el factor de erosividad, se calcula por el método del índice de erosión (EI30) que es la suma de la energía cinética de cada tormenta (expresada en MJ/ha cuando se utilizan las unidades métricas en los Estados Unidos o en J/m2 en Europa), multiplicada por la cantidad máxima de lluvia en un período de 30 minutos expresada en cm/h en los EE.UU. o en mm/h en Europa.
K, el factor de erosionabilidad, es la pérdida media de suelo en toneladas por hectárea para cada unidad del R métrico calculado por el método EI30. En efecto, las unidades de K se eligen arbitrariamente, de modo que al multiplicarlas por R en sus unidades no convencionales, el producto se da en toneladas por hectárea.
Aunque R y C son factores anuales medios, se prevé una interacción entre ellos dentro del sistema. Por ejemplo, en primavera si el suelo está recién arado y sin ninguna cubierta vegetal y si las lluvias son altamente erosivas serán peligrosas, pero no constituirán ningún problema si son moderadas. Análogamente, la erosión del terreno después de la cosecha de otoño dependerá de la intensidad de las lluvias otoñales. Para prever esta posibilidad, el período vegetativo se puede dividir en varios períodos y los valores de C y R se calculan para cada uno de ellos. El efecto anual global es la suma del producto correspondiente a cada período. Matemáticamente el efecto es el mismo:
C x R = c1r1 + c2r2; + c3r3......
En los Estados Unidos de América la abundancia de datos permite efectuar este cálculo con precisión; en el manual agrícola 537 (USDA 1978) Figuran diagramas y cuadros detallados. Sin embargo, la rotación de las cosechas, las prácticas de cultivo y la distribución de las precipitaciones son datos específicos de los Estados Unidos de América; en la mayor parte de los demás países será necesario utilizar valores anuales de C y R.
El principio de una cuantificación por separado de las precipitaciones y de la erosionabilidad del suelo en tal forma que permita multiplicarlos juntos es igualmente válido en todas partes. Por supuesto, no existe ningún requisito teórico con respecto a esta forma y se podría construir un modelo en el que los efectos se agrupen por adición en lugar de multiplicación; sin embargo, esta forma es sencilla y funciona. Análogamente, el concepto de las relaciones sin dimensión para comparar una situación particular con un conjunto estándar de condiciones es asimismo transferible. Sería posible excluir alguno de los factores de las relaciones citadas o insertar otros, pero esto requeriría un programa de investigaciones complejo; un método más práctico consiste en tratar de establecer valores locales de los factores existentes.
Es dable esperar que otros países traten de adquirir una base de datos comparable a la de los Estados Unidos, que utilizó registros experimentales de 10 000 parcelas para establecer la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo. Por consiguiente, vale la pena estudiar cuáles son los principios y los factores obtenidos en los Estados Unidos de América que se pueden utilizar en otros países.
El factor de erosividad R es empírico, pero el concepto de basarlo en la energía y la intensidad de las precipitaciones ha sido ratificado en muchos países. Las primeras veces que se intentó aplicar la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo en los trópicos se llegó a predicciones alarmantemente elevadas de pérdida de suelo; la razón de esto era que la base de datos de los valores de la energía de las precipitaciones obtenidos en los Estados Unidos no abarcaban las elevadas intensidades de las lluvias tropicales y la extrapolación dio motivo a crasos errores. Como resultado de ello, se hicieron múltiples intentos para hallar otros estimadores empíricos de la erosividad; estudios posteriores de las precipitaciones de alta intensidad en países de todo el mundo establecieron valores más realistas para la energía de las precipitaciones de alta intensidad, que se han incorporado actualmente a la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo. En su forma actual el cálculo de los valores de erosividad por el método El es probable que sea razonable para la mayor parte de los regímenes de precipitaciones.
El factor de erosionabilidad del suelo K es probablemente menos transferible, dado que varios estudios han demostrado que el nomograma de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo no es aplicable a muchos suelos tropicales y subtropicales (Vanelslande et al. 1984). Los cuatro factores incorporados al nomograma son el porcentaje de limo mas arena muy fina, el contenido de materia orgánica, la estructura del suelo y la permeabilidad. Es probable que la causa de la discrepancia se origine en que el contenido de limo y de arena muy fina y el de materia orgánica sean inferiores en los suelos tropicales que en los suelos de textura media de la región centro occidental de los Estados Unidos. La única manera segura de establecer valores locales de K consiste en utilizar las parcelas de escorrentía en condiciones uniformes de barbecho. Es aceptado que, una vez que se ha establecido el valor de K para un suelo, puede considerarse permanente. Esta es una simplificación útil cuando se utiliza la Ecuación Universal correctamente y en las condiciones ideales, pero de hecho el valor puede cambiar como resultado del manejo del suelo; por ejemplo, la estructura del suelo puede cambiar como resultado de las labores culturales, y el contenido de materia orgánica se puede reducir con la cosecha o aumentar con la incorporación de abonos orgánicos. Existe asimismo evidencia de variaciones estacionales de los valores de K, particularmente en climas con estaciones secas y húmedas pronunciadas.
En la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo los factores de longitud de la pendiente L y la inclinación de la pendiente S se combinan tal como se indica en la Figura 62; esto se hace sólo en aras de la conveniencia, dado que los dos factores se deducen de dos relaciones separadas y diferentes. La base de datos de los Estados Unidos en lo que respecta al factor de inclinación S se extiende hasta los 18°, pero es bastante probable que las características físicas del flujo de los fluidos y el transporte de sedimentos no sean iguales en pendientes muy inclinadas; este aspecto debe ser objeto de una investigación local. El factor de longitud L es menos probable que varíe y la necesidad de convalidar esta relación es secundaria. El factor de manejo de la cubierta vegetal C necesita ser investigado. Las rotaciones y variaciones de los cultivos en la región centro occidental de los Estados Unidos han sido investigadas y documentadas detalladamente; es evidente que el principal objetivo del factor C estriba en reflejar cuánta protección aporta al suelo la cubierta vegetal. Este principio será el mismo con cualquier práctica de cultivo, pero los trabajos de preparación del suelo y del manejo del cultivo pueden ser muy distintos de los de la región centro occidental por lo que será conveniente proceder a investigaciones locales de C.
La práctica de conservación P es apenas aproximada en la Ecuación Universal si se la compara con la precisión con la que se calculan otros factores. Una de las razones de ello es que el efecto de trabajos importantes de la superficie, como las terrazas inclinadas con canal no pueden evaluarse de manera satisfactoria en pequeñas parcelas, tal como se examinó en el Capítulo 3. Foster, Moldenhauer y Wischmeier (1982) sugieren que la mayoría de las prácticas mecánicas como el establecimiento de curvas de nivel, el cultivo en franjas, las terrazas y los surcos siguiendo las curvas de nivel que se utilizan para aumentar la protección proporcionada por la rotación de cultivos, la cubierta y los residuos vegetales, son probablemente transferibles. En los Estados Unidos no se cuenta con valores establecidos con respecto a los residuos vegetales, a las franjas de gramíneas o a las prácticas agroforestales; estos temas son sujeto de investigación en varios países. Aunque no se conocen los valores de P relativos a las terrazas escalonadas, cabe alegar que los aspectos mecánicos de la erosión en las mismas son tan diferentes que en su forma actual la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo no es adecuada para esta situación.
FIGURA 62 - Factor pendiente/longitud combinado en la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (de USDA, 1978)
Desde la introducción de la Ecuación Universal en 1958, han habido numerosas investigaciones y muchas mejoras, que han dado origen a la versión revisada del manual agrícola 537 en 1978. Los progresos han continuado desde entonces y una nueva versión para ser utilizada en ordenadores personales está en fase de ensayos de campo bajo el título de Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (USDA 1991). El Proyecto de Predicción de la Erosión por el Agua está en una etapa similar de desarrollo y se espera que sustituya a la Ecuación Revisada en el futuro próximo. Sin embargo, siempre habrá lugar para una Ecuación Universal de Pérdida de Suelo en su función original, o sea, proporcionar información para orientar la planificación del uso de la tierra, debido a su simplicidad y facilidad de aplicación.
Otros modelos empíricos
Ningún país tiene una base de datos resultantes de parcelas experimentales comparable al de los Estados Unidos que ha sido el fruto de más de 10 000 años/parcela. Australia y Zimbabwe tienen bases importantes de programas nacionales de investigación a largo plazo con unos 1 000 años/parcela (por ejemplo, 50 parcelas durante 20 años). Muchos otros países tienen algunas parcelas de escorrentía y redes regionales y están estimulando muchas más, tal como se describió en el Capítulo 3. No obstante, todos estos experimentos se concibieron con el fin de obtener datos para la ecuación de predicción y, como se examinó en el Capítulo 3, la calidad de los datos deja a menudo mucho que desear.
Por consiguiente, la cuestión estriba como utilizar datos limitados en un sistema que mejore progresivamente a medida que se vayan adquiriendo más datos. Un buen ejemplo es el Modelo de Estimación de la Pérdida de Suelo de Sudáfrica (SLEMSA) (Elwell 1981; Elwell y Stocking 1982). El modelo de la Figura 63 muestra que se asemeja al de la Ecuación Universal. La Ecuación Universal básica de Pérdida de Suelo en unidades reales es A = RK, con las relaciones modificadas C, L, S y P. La ecuación básica del modelo SLEMSA en unidades reales es Z = K (combinación de las precipitaciones E y la erosionabilidad F), con las relaciones modificadas C derivada de la cubierta vegetal y X derivada de L y S. Ambos modelos calculan una pérdida de suelo media anual a largo plazo; en ambos casos la combinación de cubierta vegetal y de energía de las precipitaciones se puede realizar en períodos más reducidos dentro de la estación vegetativa.
Las diferencias entre los dos modelos radican en que en el modelo de estimación de Sudáfrica:
· el factor P de la Ecuación Universal se excluye porque se considera que el efecto de las prácticas locales de conservación puede estar comprendido en los factores L o S dentro del sistema de topografía o del factor de erosionabilidad F en el sistema de suelos;
· los demás factores se cuantifican por métodos que son más sencillos de calcular o que necesitan menos datos:
R (en la Ecuación Universal) se sustituye por E en el modelo SLEMSA y representa una medición de la energía cinética anual del total de las precipitaciones, que es más fácil de calcular a partir de los registros de las lluvias que El.
C en la Ecuación Universal se sustituye por una C diferente en el modelo SLEMSA y se determina a partir de i, la densidad de la cubierta de cultivos que se mide en el campo a intervalos de 10 días a lo largo de la estación vegetativa (180 días). C se expresa como una relación de la pérdida de suelo de una parcela cultivada con la pérdida de una parcela en barbecho. El modelo SLEMSA puede utilizarse para calcular la pérdida de suelo de los pastizales utilizando un submodelo ligeramente distinto para establecer una relación de C con i.
K en la Ecuación Universal es sustituido por F en el modelo SLEMSA, que es un índice de erosionabilidad del suelo y se basa en el tipo de suelo.
LS en la Ecuación Universal es sustituido por X en el modelo de estimación de la pérdida de suelo de SLEMSA y se calcula de manera similar, pero con ecuaciones ligeramente distintas.
Un modelo para calcular el cambio
En algunos casos puede resultar útil poder cuantificar los cambios relativos de la erosión, sin tratar de determinar los valores absolutos de pérdida de suelo. En Indonesia se está elaborando con este fin un modelo denominado INDEROSI (Gnagey 1991).
FIGURA 63 - Estructura de SLEMSA (Elwell, 1981)
Todos los modelos empíricos dependen de una base de información reunida sobre unos pocos parámetros básicos; se hará un breve análisis de algunos de los métodos empleados para obtener esos datos.
Parámetros de las precipitaciones
La medición de la cantidad de lluvia se describe de manera adecuada en todos los manuales meteorológicos y en Pereira (1989) se dan consejos prácticos para las actividades de campo. La intensidad de la lluvia se puede medir por medio de instrumentos especialmente diseñados que registran constantemente la cantidad de las lluvias, pero la fuente habitual de información es el cálculo a partir de diagramas de los registradores de las precipitaciones tal como se describe en Hudson (1981b). Análogamente, la energía de la lluvia se puede medir directamente, por medio de transductores o de materiales piezo eléctricos, o por medio de dispositivos acústicos que utilizan un diafragma para convertir la energía en una señal acústica que se puede medir. La relación entre la energía cinética de las precipitaciones y la intensidad se ha estudiado en muchos países. Las variaciones se indican en la Figura 52, pero existen dudas acerca de cuántas de esas diferencias son reales y cuántas se deben a los métodos y técnicas distintos utilizados en las mediciones. Sin embargo, es generalmente aceptado que hay un aumento de la energía cinética con intensidades de hasta 75 mm/h, con escaso o nulo aumento en las intensidades superiores. Una ecuación general sencilla es la siguiente:
donde:
E es la energía cinética en J/m2/mm de lluvia
I es la intensidad en mm/h
La capacidad de salpicado de la lluvia está muy correlacionada con la energía cinética. La medición directa de los valores cuantitativos absolutos es difícil, pero es posible medir en el campo de manera eficaz y sencilla valores relativos que permitirán comparar la potencia erosiva de diferentes tormentas o de diferentes regímenes de lluvias, utilizando una técnica concebida hace casi 50 años (Ellison 1944) El método consiste en exponer a la lluvia pequeños recipientes metálicos llenos de arena que se secan en la estufa, antes y después de la exposición a la lluvia, y se pesan como se describe en Lal (1988b).
Parámetros del suelo
Se han elaborado muchos métodos para calcular la erosionabilidad del suelo a partir de propiedades que se pueden medir en el laboratorio, como la dimensión de las partículas y la estabilidad del material. Lal (1988b) enumera catorce índices cuantitativos. Para ser utilizada en la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo se obtuvo una ecuación empírica sirviéndose de seis componentes: porcentaje de limo más arena muy fina, porcentaje de materia orgánica, porcentaje de arena, estructura del suelo y su permeabilidad, que se han presentado en forma de un nomograma fácil de usar (Wischmeier, Johnson y Cross 1971). La base de datos correspondiente estaba constituida por trece suelos típicos en los Estados Unidos de América, en su mayoría de textura media y de estructura media a mala. Esta ecuación se ha probado y se ha considerado adecuada para suelos de textura pesada de los Estados Unidos de América, pero Vanelslande et al. (1984) han manifestado serias dudas acerca de su aplicabilidad para los suelos tropicales de Hawai, Tanzania y Nigeria. Al igual que ocurre con la erosividad, las mediciones directas en el campo en términos absolutos son difíciles, pero es posible obtener valores relativos para establecer una comparación de diferentes tipos de suelo con un simulador de lluvia sencillo.
Cubierta vegetal
La cubierta vegetal del suelo que lo proteje contra la energía de la lluvia o la escorrentía de superficie influye considerablemente en la erosión. Muchos estudios han demostrado que la relación no es lineal, produciéndose incluso una reducción sustancial de la erosión cuando el suelo está protegido por una cubierta vegetal de densidad relativamente pequeña. La relación general se muestra en la Figura 64. En el modelo SLEMSA, esta relación se utiliza para crear el índice de la eficacia del manejo de los cultivos. Para la medición directa de la cubierta vegetal en el campo, se han sugerido numerosos métodos como las fotografías aéreas, la fotografía desde un terreno de gran altitud, la fotografía estereoscópica y otros diversos sistemas para medir la luz que puede atravesar la cubierta. El método que ha dado mejores resultados se ha elaborado en Zimbabwe y ha permitido acumular una gran base de datos de mediciones tomadas por extensionistas. El instrumento es un marco colocado en un cuadrante, similar a los instrumentos utilizados en los estudios de botánica, dotado de un espejo inclinado que por reflexión permite al operario mirar hacia arriba a través de la cubierta y evaluar la densidad. El método lo explica Stocking (1988).
FIGURA 64 - Relación entre cubierta vegetal y pérdida de suelo
