en representación del equipo de investigación fiesta ... · procesos, mediciones continuas y...

Bosques Nubosos:Resumen de la metodología de investigación,

principales resultados e implicaciones para el manejo de

estos bosques

En representación del equipo de investigación FIESTA:

Sampurno Bruijnzeel

Interceptación de la niebla para una mayor producción de agua o rendimiento hídrico en

áreas tropicales (FIESTA). Justificación

• Algunos trabajos de investigación han mostrado como resultado que en cuencas bajo bosque nuboso en el norte de Costa Rica, generan grandes cantidades de caudal, probablemente relacionado con las entradas extras de agua debido a la interceptación de la niebla.

• La conversión de estos bosques nubosos en pastos podría generar una reducción en las cantidades del caudal debido a la perdida de estas entradas extras...

Interceptación de la niebla para una mayor producción de agua o rendimiento hídrico en

áreas tropicales (FIESTA). Justificación

Q/P = 102%

Q/P = 34%

Source: Zadroga (1981)

FIESTA: Preguntas clave

• Cual es el efecto en el caudal total y en el régimen hidrológico de reemplazar los bosques nubosos por pastos, desde una escala local a una operacional (100 km2) en el Norte de Costa Rica?.

•• Cual es la mejor manera de

extrapolar datos puntuales de la interceptación de la niebla, goteo del dosel y el uso del agua por el bosque en paisajes de topografía compleja y patrones de vegetación?.

FIESTA: Consideraciones metodologicas

Guatemala case study (Brown et al., 1996)

Comparaciones directas del caudal producido por cuencas con bosques nubosos y cuencas deforestadas durante los periodos secos en Guatemala dieron como resultado que las cuencas con bosque nuboso producian un mayor caudal. Este resultado es ambiguo debido a los contrastes en la ubicación altitudinal de las cuencas comparadas y por lo tanto en la cinturón de niebla / precipitación (y posiblemente en la percolación profunda?)….

FIESTA: Consideraciones metodologicasCoweeta paired catchment set-up

Idealmente, los impactos hidrológicos creados por el cambio en el uso del suelo son evaluados a través de cuencas pareadas, en las cuales la cuenca patrón y el tratamiento son previamente inter-calibradas.But: ‘black box’, time-consuming & location-specific…

FIESTA: Consideraciones metodologicas

• Metodología utilizada: Comparaciones directas del caudal en pequeñas cuencas, apoyado por la identificación de los procesos, mediciones continuas y modelación, en conjunto con la caracterización espacial de la topografía, suelos, el clima y la vegetación.

• Cuantificación de los parámetros del balance hídrico, lo que permitió la evaluación de las perdidas por precolación profunda, L,

•• P + CW + WDR = Et + Ei + Q + L•• (Precipitación + niebla + lluvia transportada por el viento =

evaporación + caudal + percolación).•• Validación del modelo hidrológico, con predicciones a tres

escalas diferentes: 10 ha (San Gerardo), 92 km2 (Río Chiquito) y nacional.

•• Escenarios de deforestación para predecir los efectos en el

caudal

Fiesta: Areas de estudio

Chiquito

Penas Blancas

Cano Negro

San Gerardomicro-basins

Comparación de los Bosques Nubosos vs. pastos, Micro-cuencas de San Gerardo,

Monteverde, Costa Rica.

Forest 20 m

Size: 3.5 ha

Bosque Nuboso expuesto a la dirección del viento, 1450-1600 m, San Gerardo, Monteverde,

Costa Rica

Torre de acceso al dosel del bosqueinstrumentos a 6, 14 y 25 m

Pastizal expuesto a la dirección del viento, 1520-1620 m, San Gerardo, Monteverde,

Costa Rica

Medicion directa de la evaporacion

Balance de energia

‘Mediciones de la niebla: Arpas y cilindros

Velocidad del viento

Comparacion de cuencas con bosque Nuboso vs. pastos, Monteverde, Costa Rica

Mediciones de la humedad del suelo

Mediciones continuasde caudal

Laboratorio de Fisica e hidraulica de suelos

Efectos de la cobetura a una escala operacional (Cuenca de Rio Chiquito)

‘Mixed’ catchment, 75 ha

Una de las cuatro estaciones climaticasDe Rio Chiquito

Rio Chiquito, 92 km2

Cuantificación de la depositación por niebla….

• Cual es la mejor aproximación para cuantificar la depositación por niebla en el dosel de estos bosques?.

• Los colectores de niebla son útiles para comparaciones entre sitios y la determinación del tiempo de la ocurrencia de la niebla, pero los resultados necesitan ser convertidos en la captura real por el dosel del bosque (mas el retraso de hasta 5 horas).

• Factores de conversión típicos de 0.12 – 0.15, precipitación transportada por el viento es igualmente interceptada....

Polypropylene screens andwire harps, Puerto Rico

Wire harp

Cuantificando la depositación por niebla (CWwf) a través del balance de agua en el

dosel húmedo:CWWB = (TF + SF) - P + Ei

Throughfall gutter

Pluviometros

Escorrentia troncal

TF = Precipitación del doselF = escorrentia caulinarP = precipitaciónEi = evaporación desde el dosel húmedo

Colectores moviles

Método del balance hídrico del dosel húmedo: Consideraciones

• La precipitación es seriamente subestimada cuando se mide por los métodos convencionales, cuando la velocidad del vienes alta y la intensidad de la precipitación es baja

• La precipitación horizontal necesita corrección por los efectos de la pendiente y topografía

• La alta variabilidad espacial de la precipitación neta (Tf) requiere de un alto numero de pluviómetros que deben ser reubicados (30).

• Los resultados de la estimación de la niebla incluyen ciertas cantidades desconocidas de precipitación que es transportada por el viento, mas la acumulación de los errores en los demás términos del balance hídrico.

Aplicación del método del balance hídrico en el dosel húmedo durante el periodo seco del 2003: (periodo 66-días)

• La cantidad de entradas por niebla son cuantitativamente pequeñas (3.6%)•Las entradas medidas son 90 mm •Se requiere cuantificar la precipitación horizontal

Eddy covariance set-up for ‘direct’fog measurement

Determinando los ángulos de caída de la precipitación

Modified Juvik

La inclinación de las gotas de lluvia aumenta con la velocidad del viento y disminuye con la intensidad de la precipitación.

Cantidades de la precipitación inclinada vs. el ángulo en la cuenca de San Gerardo, sitio controlado por la velocidad del

viento

Rain, forest site(wind 2-3 m/s)

Rain, pasture site(wind 4-5 m/sec)

Inclined rain, forest site

Inclined rain, pasture site

Horizontal P

La distribución espacial de las entradas por precipitación está fuertemente controlada por el

aspecto, la pendiente y el gradiente

Fiesta: Resumen de los principales resultadosMejoramiento en la cuantificación de la

precipitación.

• Los pluviómetros convencionales sub-estiman severamente la precipitación real debido a los efectos del viento (hasta por 600 mm/año).

• Espacialmente, la lluvia que es transportada por el viento, se encontróque hasta un 30% cae casi horizontalmente (los valores oscilaron entre 1000 y 4000n mm/año).

• Las entradas por niebla están casi siempre acompañadas por precipitación horizontal (PH)

• Los bosques nubosos capturan aproximadamente el 25% de la PH y niebla, mientras los pastos capturan aproximadamente el 15%.

Un balance hídrico mejorado en la cuenca de San Gerardo permitió la determinación de las perdidas por

percolación profunda

Bosque Nuboso

Pastos(Datospuntuales)

Pastos (datosespaciales)

Precip. medida

5840 4295 5455

Captura de PH

275 575 (575)

Entradas 6115 4870 6030

ET 935 580 580

Caudal 2730 2950 2950

Percolacion 2450 1340 2500

Conversión del Bosque nuboso y la recesión en el caudal (a una escala local)

• La recesión del caudal en los pastos es el doble de la disminución en la humedad del suelo•Las diferencias absolutas son pequeñas debido a diferencias en radiación?•Condiciones especificas del sitio

Conversión del Bosque Nuboso y los flujos base (a una escal operacional): efectos

menores

Conversión de los Bosques Nubosos y Flujos de Tormenta

• A una escala local, los flujos de tormenta después de la conversión de los bosques nubosos son el doble del valor inicial (desde un 10% =>20% del flujo total), debido especialmente a la compactación del suelo en las terrazas de pisoteo del ganado

Conversión de los Bosques Nubosos y Flujos de Tormenta

• A una escala operacional los efectos causados por la destrucción de las propiedades físicas del suelo sobre los flujos de tormenta están enmascarados por la alta variación espacial de la precipitación. A esta escala los valores cambian muy poco después de la conversión (+ 2%).

•• Pero la calidad del agua tiende a

deteriorarse después de la conversión, debido al incremento de la erosión y las remociones en masa (las cuales ocurren generalmente por debajo del cinturón de niebla y están controladas por la geología del terreno en Río Chiquito).

Conversión del bosque en las partes altas de la cuenca y producción de caudal

• Los resultados del modelo indican que los cambios en el caudal dependen en el valor de la eficiencia de la captura de la niebla por el pasto:

• 15% eficiencia de captura + 15 mm/año (0.3 %)

• 5% eficiencia de captura -240 mm/año (-6.7%)

• Resultados casi neutrales debido a la sustitución entre los cambios de la captura de la precipitación horizontal y el uso del agua en la Et

Cloud forest sub-catchment (11.3 km2) within Rio Chiquito

• Resultados neutrales similares obtenidos de áreas mas expuestas (> 6000 mm de precipitación, parcelas en San Gerardo).

Conversión de los Bosques de Niebla y el rendimiento hídrico o producción de agua

• Efectos de la conversión total del bosque en pastos en toda la cuenca (incluido el bosque nuboso): + 190 mm/año

•• Remoción del Bosque Nuboso

únicamente y dejando el resto de la cuenca intacta o como esta: produce cambios insignificativos en el caudal total

•• Efectos en los flujos o caudal de los

periodos de estiaje (veranos): Los cambios son pequeños en todas las simulaciones.

Red: pastureGreen: forest

Former cloud forest area

Rio Chiquito

Implicaciones de los resultados en políticas de manejo

• La conversión del bosque nuboso en pastos no conduce a incrementos significativos anuales o estaciónales en la producción de agua, como es comúnmente observado después de convertir otros tipos de bosques que no son nubosos.

• Sin embargo la conversión del bosque nuboso tampoco produce disminuciones en la producción de agua o caudal.

• Generalmente los bosques nubosos se ubican en áreas con altas precipitaciones y de baja evaporación. Por lo tanto estas áreas son altamente productivas de agua, independientemente de la presencia o ausencia de bosque nuboso.

• De cualquier manera los bosques nubosos merecen una protección especial, debido a la producción de agua de buena calidad, aun cuando no necesariamente de mas agua.

• Los esquemas de pagos por servicios ambientales (PES), necesitenincluir la parte relacionada con la calidad del agua producida, asícomo la parte de beneficios ambientales, y no únicamente la producción de agua (Biodiversidad, fijación y reservorio de carbón).