ing. mitchel j. jara garcía msc. profesor de la pontificia...

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

[email protected]

Ing. Luis Gustavo Ariza Trelles Estudiante de Posgrado de la Universidad Nacional de Ingeniería

[email protected]

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

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


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).


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.


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.


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


b=iff(Cober_Mizque=“CULTIVOS”,0.035,


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,


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


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.


REFERENCIAS

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