Tema 4 : Aplicación de los métodos de predicción de erosión
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APLlCACION DE LOS METODOS DE PREDICCION DE EROSION
Aplicación
de los métodos de predicción de riesgo de erosión potencial y
actual en la planificación de conservación de suelos y aguas a
nivel de microcuencas
H.M.L. Chaves
Criterios
para la selección de áreas piloto
H.M.L. Chaves
El
modelo epic en Argentina
R.A. Díaz y C.B. Irurtia
El
modelo usle en Costa Rica
G. Palacios Alvarez y M. Alfaro Sánchez
RESUMEN
Sc utilizan métodos de predicción de riesgo de erosión actual y potencial en la selección de prácticas y en la planificación conservacionista a nivel de cuencas hidrográficas.
Se discute una revisión de las posibles aplicaciones de estos modelos solos, su potencial y limitaciones.
INTRODUCCION
Se puede emplear métodos de predicción de la erosión tanto para la evaluación del riesgo potencial y actual de erosión como para la planificación conservacionista en cuencas hidrográficas. Además, los modelos de predicción de erosión pueden utilizarse para estudios de correlación entre los factores geomorfológicos, grafológicos, hidrológicos, de uso de la tierra y la erosión hídrica.
Sin embargo, estos métodos son poco útiles si no son adecuadamente calibrados y validados para las condiciones locales, particularmente los métodos más empíricos como el USLE (Wischmeier & Smith, 1978).
El objetivo del presente trabajo es el de presentar las diversas aplicaciones de los métodos de predicción de erosión, empíricos y deterministicos, estudiar su adaptación por etapas en reglones como América Latina y sus limitaciones. Durante el taller se presentarán ejemplos detallados de diferentes aplicaciones.
H.M.L. Chaves
APLICACION DE LOS METODOS DE PREDICCION DE EROSION
Evaluación de las aptitudes y limitaciones de las tierras agrícolas:
Con informaciones básicas de la región en cuestión, tales como relieve, erosividad de la lluvia y erodibilidad del suelo (en el caso del USLE) y además características hídricas del suelo (modelos MUSLE (Williams, 1975)), y WEPP (Lane & Nearing, 1989), se puede determinar las aptitudes y limitaciones de las tierras agrícolas.
En el caso del USLE el producto de R x K x LS de la erosión potencial del área en cuestión (Wischmeier, 1976), permite estimar la erosión actual con la incorporación de los factores C y P típicos de la región. para esto los diferentes factores deben ser determinados localmente por medio de experimentación (parcelas de escorrentía), con una serie relativamente larga de datos, para que se alcance significación estadística (Wischmeier, 1976). Los nomogramas obtenidos en regiones distintas, como en el caso del nomograma de Wischmeier, generalmente no funcionan en regiones tropicales (El-Swaify & Dangler, 1977). En el caso del modelo WEPP pueden efectuarse simulaciones para condiciones criticas (suelo descubierto, etc.) con fines de estimar la erosión potencial y para condiciones típicas de uso y manejo locales con fines de determinar la erosión actual. A pesar de ser más complejo que el USLE, el modelo WEPP presenta mayor precisión, requiere series más pequeñas de datos y tiene mayor potencial de transferencia.
Manejo de la tierra y control de la erosión:
La selección de prácticas de manejo y conservación de suelos puede hacerse a través de simulaciones con diferentes escenarios, involucrando los factores C y P para el caso de USLE y MUSLE, y de diferentes tipos de uso y manejo en el caso del modelo WEPP. Las prácticas de manejo más adecuadas son entonces escogidas en función del grado de disminución de la pérdida del suelo (Wischmeier, 1976) y, no menos importante, de su relación costo/beneficio económico. De la misma forma que la predicción de la erosión potencial y actual, los parámetros de los modelos deben ser debidamente calibrados para que su aplicación sea satisfactoria.
Los modelos más determinísticos, como el WEPP, ofrecen un mayor potencial de utilización para la planificación conservacionista por tener mayor detalle de predicción, siendo capaces de predecir procesos como la deposición y aportes de sedimentos. El modelo WEPP puede ser empleado, por ejemlo, para la determinación de anchos óptimos para las fajas de retención (grass-strips) y de vegetación de borde. Esos anchos pueden ser determinados en función de su potencial de reducción de erosión y de su posición en áreas agrícolas, aguas abajo, así como del aporte de sedimentos a ríos y reservorios, respectivamente.
Aunque adecuadamente calibrados, los modelos de erosión aún presentan grandes inexactitudes de predicción, ya que la variabilidad espacial y temporal de sus variables y parámetros es generalmente alta (Chaves y Nearing, 1991). Así, en la selección y dimensionamiento de prácticas conservacionistas se recomienda generalmente análisis estocásticos que involucren las inexactitudes y variabilidades inherentes a los procesos. De esa forma, los sistemas serían diseñados sin usar más los factores tradicionales de seguridad, sino utilizando niveles aceptables de probabilidad de error, contenidos estocásticamente (Harr, 1987).
Estudios de las causas de erosión hídrica mediante correlaciones con propiedades básicas:
Los métodos de predicción de la erosión también pueden utilizarse para la determinación de relaciones entre las informaciones básicas (geomorfología, suelos, hidrología, etc.) y los procesos erosivos. Pueden utilizarse simulaciones con modelos bajo diferentes escenarios de aplicación y se correlaciona las diferentes variables con las perdidas de suelo predecidas por el modelo. Se obtienen así correlaciones simples y regresiones múltiples. No se puede esperar que los modelos empíricos, que normalmente aglutinan procesos reconocidamente diferentes, tales como la erosión dentro de y entre los surcos (Foster, 1987), puedan producir buenas correlaciones.
Los mejores resultados en este tipo de estudios se obtienen con el uso de modelos más determinísticos basados en procesos y con mayor detalle de predicción, como el modelo WEPP. En uno de esos estudios donde se utilizó el modelo WEPP para la simulación de erosión y descarga en centenas de escenarios de aplicación, usando datos de clima, relieve, suelos y manejo para la obtención de polinomios, se llegó a resultados bastante promisorios. Se obtuvieron coeficientes de determinación superiores a 80% entre los valores de pérdida de suelo, deposición, aporte de sedimentos y descarga máxima, entre los cálculos con polinomios y las predicciones del modelo para los diferentes escenarios de aplicación (Chaves, 1990). Ese tipo de herramienta puede ser útil para las agencias de extensión rural de regiones carentes de información, como los trópicos.
Estudios de correlación entre la erosión por deslizamiento (bank sleughing) y parámetros geomorfológicos y de suelos:
Una de las formas más drásticas de erosión es aquella causada por el deslizamiento de taludes, tanto en laderas agrícolas como en quebradas y surcos. Sin embargo, debido a la complejidad y la alta variabilidad del proceso, aún es poco conocida y son pocos los modelos de predicción de erosión que la consideren explícitamente. Cuando lo hacen, son modelos de erosión fluvial que involucran suelos consolidados y grandes descargas (Osman y Thorne, 1975), diferentes por lo tanto de las condiciones que se encuentran en pequeñas cuencas agrícolas.
Sin embargo ya se tiene una base teórica que permite estimar la erosión por deslizamiento en áreas agrícolas, donde predominan suelos no consolidados y deslizamientos rápidos (unconsolidated -undrained conditions). Ese método aún no validado en el campo utiliza un modelo de degradación de canal por la energía de la escorrentía y un método de estabilidad de taludes para condiciones no consolidadas y no drenadas. Para incorporar las altas variabilidades del proceso de deslizamiento se emplea un modelo estocástico de capacidad-demanda para la determinación de la probabilidad de deslizamiento de paredes cuando hay profundización del fondo del canal (Chaves, pers. comm. 1992).
Así, conociendo la probabilidad de deslizamiento de los taludes (Pd) en una sección dada de quebrada, se puede estimar la cantidad de suelo que se deslizará en un evento dado.
BIBLIOGRAFIA
Chaves, H.M.L. y Nearing, M.A. 1991. Uncertainty analysis of the WEPP erosión model.. Transactions of the ASAE 34(6): 2437-2444.
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Osman, A.M. y Thorne, C.R. 1975. Riverbank stability analysis. I: Theory. J. of Hydr. Div. ASCE 114(2): 134-lS0.
Williams, J.R. 197S. Sediment yield prediction with universal equation using runoffenergy factor, in present and prospective technology for predicting sediment-yidd workshop, USDA Sedimentation Laboratory. Oxford, MS. pp. 244-252.
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Wischmeier, W.H. 1976. Use and misarse of the Universal Soll Loss Equation. J. of Soil and Water Cons. 31(1): 5-9
Criterios para la selección de áreas piloto
RESUMEN
Las microcuencas hidrográficas son unidades naturales para la evaluación de prácticas conservacionistas, además de ser apropiadas para la calibración y validación de algunos modelos de simulación de erosión.
Para que los objetivos sean alcanzados la elección de áreas piloto depende de algunos criterios técnicos y logísticos importantes. Esos criterios se refieren a los objetivos del estudio, a la representatividad de la cuenca o parcela, a su tamaño, a su homogeneidad, a la importancia de los suelos y a la severidad de la erosión, a la disponibilidad de datos y a la facilidad de acceso y de supervisión.
INTRODUCCION
A diferencia de las parcelas experimentales, la utilización de microcuencas hidrográficas para la investigación hidro-sedimentológica, permite un análisis integral del proceso erosivo (Mutchler et al., 1988). Además, hay ciertas prácticas de manejo y conservación que sólo pueden ser evaluadas a nivel de cuenca. La extrapolación de los resultados de investigación es más segura cuando se utilizan áreas mayores. De esta manera, las microcuencas hidrográficas vienen a ser las unidades geográficas naturalmente indicadas para la investigación de manejo y conservación de suelos (Lal, 1978).
Las áreas piloto deben ser representativas (Mutchler et al., 1988; Margan, 1986), y tener características adecuadas a los objetivos del estudio. A pesar de eso, pocos son los programas de investigación con microcuencas hidrográficas que siguen criterios adecuados de selección y supervisión.
El objetivo del presente trabajo es la identificación de algunos criterios básicos para la selección de cuencas o microcuencas piloto de investigación y de algunas consideraciones sobre su utilización en programas de manejo y conservación de suelos y aguas.
H.M.L. Chaves
ALGUNOS CRITERIOS PARA LA SELECCION
Entre los criterios para la selección de áreas para la investigación en microcuencas están aquellos relativos al tamaño y a la representatividad, a la uniformidad de la cuenca, a la severidad del proceso erosivo, a la facilidad de acceso y de supervisión y al objetivo del estudio. Algunos de estos criterios son tratados a continuación.
Representatividad:
La cuenca piloto debe tener características semejantes al área a la cual representará. Por ese motivo la cuenca piloto debe ser, si fuera posible, una pequeña subcuenca perteneciente a la cuenca que va a ser representada (Margan, 1986). Eso es necesario para que los resultados que se obtengan puedan ser más fácilmente extrapolables (DeCoursey y Meyer, 1977).
Además, debe darse preferencia a áreas que tengan datos disponibles de suelos, relieve y uso de la tierra, pues esos pueden ser factores limitantes en un programa de investigación en áreas piloto.
Un ejemplo de utilización del criterio de representatividad fue la selección de las cuencas piloto del Programa de Manejo y Conservación de Suelos del Estado de Paraná (Paraná Rural, Brasil). Cinco de esas cuencas, con un promedio de 2 500 ha de superficie cada una, fueron seleccionadas en cinco regiones distintas del estado (segunda y tercera meseta llamadas "planaltos"). Esas cuencas representan regiones importantes desde el punto de vista edafológico, climático, geomorfológico, y también del uso y manejo del suelo. Además son regiones culturalmente distintas con diferentes niveles de adopción. Lamentablemente hasta el momento, apenas una de ellas (Campo do Tenente) fue debidamente mapeada (geología, hidrografía, suelos, topografía) y estudiada en sus aspectos socioeconómicos. Además de eso, es la única en la que se tiene un sistema de supervisión hidro-sedimentológico en marcha.
Area:
En relación al tamaño de la cuenca, ésta debe ser suficientemente grande para que los diferentes procesos hidro-sedimentológicos puedan ocurrir, y para que las variables importantes puedan alcanzar variabilidad plena. (Rogowski et al., 1985). Por otro lado, el tamaño tiene que ser suficientemente limitado para que la heterogeneidad hidrológica no entorpezca la cuantificación de posibles relaciones causa-efecto (Huggins, 1986). Además, en cuencas mayores de 1 000 ha hay una mayor variabilidad de la lluvia (Chow et al., 1988), y contribuciones de sectores parciales para la escorrentía superficial (Dunne, 1979); ambas situaciones dificultan mucho los análisis. Por todo ésto superficies de 1 a 4 ha parecen ser ideales para la mayoría de las investigaciones en microcuencas piloto. (Lal, 1978).
Uniformidad:
Se requiere cuencas uniformes para que los efectos de introducción de prácticas de manejo conservacionista puedan ser evaluadas. Para esto se utiliza frecuentemente el método del par de cuencas (paired-watersheds) (DeCoursey y Meyer, 1977) en una supervisión de dos cuencas semejantes durante un cierto periodo, después del cual se introducen modificaciones en una de ellas. Así, las respuestas hidro-sedimentológicas observadas estarán en función de los tratamientos introducidos.
Objetivos del estudio.
La selección de la cuenca depende de los objetivos del estudio. Por ejemplo, si fuera necesario evaluar los métodos de control de erosión en áreas críticas, la elección del área piloto podría hacerse analizando los datos existentes por observación directa de campo o utilizando los modelos de simulación, teniendo como indice comparativo el aporte de sedimentos (Boli y Karale 1977). Se debe dar prioridad a las áreas con suelos de buena aptitud agrícola (benchmark soils), y con suelos altamente erosionables (Alberts et al., 1987).
Es común que paralelamente a los estudios hidro-sedimentológicos en microcuencas hidrográficas, se lleven a cabo estudios de calibración y validación en parcelas patrón y aún en parcelas grandes. La ventaja de estos estudios es el aislamiento de procesos de erosión y de deposición (Mutchler et al., 1988). Esas parcelas muchas veces son instaladas temporalmente en el interior de las cuencas experimentales para tener mayor seguridad en la representatividad de algunos parámetros. Los criterios de selección de áreas para la instalación de parcelas son los mismos que los usados para microcuencas. Cuando la pendiente o la longitud del plano inclinado sean condiciones importantes para las parcelas, estos factores deben ser también considerados en la selección.
Disponibilidad de datos y logistica:
Dado la extensión significativa de las áreas y la escasez de recursos para la investigación, principalmente en América Latina, las microcuencas piloto se localizan frecuentemente en campos de agricultores. Siendo así, debe buscarse áreas donde los productores sean receptivos y donde haya mano de obra disponible para la lectura periódica de los instrumentos de supervisión. (pluviógrafos, limnígrafos, muestreadores de sedimentos, etc.). En el programa Paraná-Rural, la asociación Instituto de Investigación/agricultor está funcionando adecuadamente (Roloff, 1992, comunicación personal). El operador, que normalmente es el propio agricultor o uno de sus hijos, recibe un pago mensual por sus servicios, quedando solamente para el investigador las verificaciones periódicas de campo.
Facilidad de supervisión:
Las áreas deben escogerse en función a su facilidad de acceso para la instalación de equipos hidrosedimentológicos, de su medición periódica y mantenimiento. Diferentes metodologías de supervisión hidro-sedimentológico de cuencas piloto y su instalación, son dadas por el USDA (1979).
BIBLIOGRAFIA
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