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BALAHCE HIDRICO EH DOS MICROCUEHCAS DE PIEDRAS
BLAHCAS,AHTIOQUIA y EFECTO DE TRES COBERTURAS
VEGETALES SOBRE LA HUMEDAD DEL SUELO
LUIS GONZAGA GIRALDO LOPEZ
Trabajo de investigación presentado como.'
requisito parcial para optar el título
de Magister en Silvicultura y Manejo
de Bosques
Director: Fabio Bustamante B. l. A.,M. Se .
..
:r:Ij O •• r ':p
DE CO~~1iA 'f(/ N O"(II ~ UNIVERSIDAD NACIONAL
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
MAGISTER EN SILVICULTURA Y MANEJO DE BOSQUES
Medellin 1992
,
DEDICO
A Clara Inés, mi esposa, quien con su valioso apoyo
y permanente estímulo me hizo posible la culminación de
esta nueva etapa en mi formación profesional.
A mis hijos Natalia y Luis Arturo, quienes siempre fueron
mis inspiradores en el desarrollo de esta labor
investigativa.
UNIVE SI AD NACJONAl;. BIBL10TECA CENTRAL
3.2540
AGRADECIHIEN'T'OS
El autor desea expresar su agradecimiento a las
siguientes personas y entidades :
Al doctor Fabio Bustamante B. por la valiosa
colaboración y dirección de este trabajo.
Al doctor Henry Orozco G., director del Departamento
de conservación y Manejo Forestal de Empresas Públicas
de Medellin,quien me apoyó la idea de llevar a la
práctica este investigación.
También hago extensivo mis agradecimientos a las
siguientes personas y entidades:
Doctor Walter de Paula Lima, Profesor Adjunto de la
Universidad de San Pablo,Brasil.
Doctor Rodolfo Parra, Asesor en programación de
computadores.
Doctor Hernán Gómez L., Asesor en aná l isis
8stadistico.
Doctor Jaime Trujillo, Jefe de la Sección de Análisis
y procesamiento hidrométrico de Empresas Públicas de
Medellin.
Tecnóloga Gloria Estella Mazo, Laboratorio de Análisis
de Tejidos Vegetales, Aguas y Suelos.
Tecnólogo Augusto Girón , Laboratario de Riegos y
Drenajes.
Personal de Empresas Públicas de Medellin al servicio
del Vivero de Piedras Blancas, colaborador de campo y
estaciones.
Departamento de Conservación y Manejo Forestal de
Empresas Públicas de Medellín, financiador de la
investigación.
Departamento de Ciencias Forestales, Universidad
Nacional,Medellin.
HIMAT, Regional Antioquia-Chocó.
TABT-A DE
INTRODUCCION
Pág.
1
1. REVISION DE LITERATURA ........... . 4
1.1 GENERALIDADES SOBRE EL CONSUMO DE
AGUA POR COBERTURAS VEGETALES 4
1.2 BALANCE HIDRICO EN CUENCAS PEQUE~AS
y CUENCAS PAREADAS . . . . . . . " . . . . . . 8
1. 2.1 El afto hidrológico .............. 8
1.2.2 Efectos de la alteración de la
vegetación ...................... 10
1.3 EFECTO DE LAS COBERTURAS VEGETALES
SOBRE EL REGIMEN DE AGUA DEL SUELO . 15
2. DESCRIPCION DEL AREA DE ESTUDIO Y
METOnos 21
2.1 DESCRIPCION DEL AREA DE ESTUDIO .... 21
212.1.1 Localización
2.1. 2 Ecologia y vegetación natural 22
232.1. 3 Suelos
2.1. 4
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
3.
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
Uso actual de la tierra
LA HUMEDAD DEL SUELO Y LA LAMINA
DRENABLE
Profundidad de muestreo
Selección de sitios de muestreo para
el método estadistico .......... .
Determinación de la lámina drenable.
BALANCE HIDRICO DE CADA MICROCUENCA.
Modelo del balance hidrico
Precipitación
Caudal total
RESULTADOS Y DISCUSION ........... .
COMPORTAMIENTO DE LA HUMEDAD DEL
SUELO (%) EN LA ZONA DE MAXIMA
INTENSIDAD RADICULAR DE TRES CO
BERTURAS VEGETALES ............... .
Base de datos ................. .
Disefio estadistico utilizado
Resultados del análisis de la varian
za de la humedad del suelo: micro-
cuenca la Beta y la Cubero ..... .
Resultado del análisis estadistico
en la microcuenca la Beta
vi
Pág.
24
27
27
27
31
32
32
36
37
40
40
40
42
44
48
3.1.5
3.2
3.2.1
3.2.2
Resultado del análisis estadístico
en la microcuenca la Cubero
COMPORTAMIENTO DE LA LAMINA DRENABLE
EN LA ZONA DE MAXIMA INTENSIDAD RA
DI CULAR............................ .
Origen de la base de datos y proce
dimiento
Análisis descriptivo de la lámina
drenable del suelo en cada cobertu
ra vegetal
Pág.
59
69
69
74
3.3
3.3.1
3.3.2
BALANCE HIDRICO ANUAL
Balance hídrico de la microcuenca
la Beta
Balance hídrico de la microcuenca
la Cubero
79
81
87
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 93
BIBLIOGRAFIA 102
ANEXOS 110
vii
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Métodos para medir la evapotranspi~a
ración clasificados por grupos en el
tiempo y en el espacio ............... . 6
Tabla 2. Sitios de muestreo de la humedad del
suelo y caracteristicas generales..... 30
Tabla 3. Humedad del suelo (%) promediada por
periodo de lluvia. Microcuenca la Beta. 49
Tabla 4. Análisis de la varianza de la humedad
del suelo (%) de acuerdo al diseño de
Parcelas Divididas en el Tiempo.
Microcuenca la Beta................... 51
viii
Pá g .
Tabla 5.
Tabla 6.
Tabla 7.
Tabla 8.
Tabla 9.
Interacción del promedio de humedad de l
suelo (%) entre el factor cobertura (A)
y el factor nivel de profundidad (B).
(AxB). Microcuenca la Beta...... ..... 53
Interacción del promedio de humedad (%)
entre el factor cobertura (A) y el
factor período de lluvia (C). (AxC)
Microcuenca la Beta................... 58
Humedad del suelo (%) promediado por
periodos de lluvia. Microcuenca la
Cubero. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Análisis de la varianza de la humedad
del suelo (%) de acuerdo al Diseño de
Parcelas Divididas en el Tiempo.
Microcuenca la Cubero................. 62
Interacción del promedio de humedad
(%) entre el factor cobertura (A) y el
factor nivel de profundidad (B). (AxB )
Microcuenca la Cubero................. 63
ix
Pág.
Tabla 10. Lámina drenable (mm.) en la zona de
máxima intensidad radicular (O - 60 cm.)
Microcuenca la Beta................... 72
Tabla 11. Lámina drenable (mm.) en la zona de
máxima intensidad radicular (O - 60 cm.)
Microcuenca la Cubero............. . ... 73
Tabla 12. Balance hidrico de la microcuenca la
Beta. Variables acumuladas quincenal
mente en milimetros.. . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Tabla 13. Balance hidrico de la microcuenca la
Cubero. Variables acumuladas quincenal
mente en milimetros.............. ..... 88
Tabla 14. Lista parcial de estudios de Balance
Hidrico en cuencas experimentales de
norte y sur América, Asia y Africa.... 92
x
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Mapa de uso actual de la tierra e
información hidrológica. Poligonos
de Thiessen. Microcuencas la Beta
y la Cubero............................ 24
Figura 2. Uso actual de la tierra en porcentaje
y en hectáreas. Microcuencas la Beta y
la Cubero............................. 26
Figura 3. Contrastes de promedios de humedad del
suelo entre coberturas. Microcuencas la
Beta y la Cubero...................... 47
Figura 4. Contrastes entre coberturas y niveles
de profundidad. Microcuenca la Beta... 56
Figura 5. Contrastes entre coberturas y niveles
de profundidad. Microcuenca la Cubero. 66
xi
Pág.
Figura 6. Comportamiento de la lámina drenable.
Microcuenca la Beta... ................ 76
Figura 7. Comportamiento de la lámina drenable.
Microcuenca la CAubero................ 78
Figura 8. Comparación de la precipitación (mm.)
Microcuenca la Beta y la Cubero. Pie
dras Blancas........................ . . 80
Figura 9. Balance Hidrico Microcuenca la Beta.
Piedras Blancas....................... 84
Figura 10. Balance Hídrico Microcuenca la Cubero
Piedras Blancas.. ....... .... ...... .... 90
xii
LISTA DE .ANEXOS
ANEXO 1. Fotografias representativas de las
Microcuencas y su infraestructura.....
Pág.
110
ANEXO 2. Archivo PROM1. Microcuenca la Beta.
Humedad promedia (%), humedad volumé
trica y lámina de agua (mm.). Prome
dio de cinco repeticiones por cobertu
ra vegetal.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
ANEXO 3. Archivo PROM2. Microcuenca la Cubero.
Humedad promedia (%), humedad volumétri
ca, lámina de agua (mm.). Promedio de
cinco repeticiones por cobertura vegetal. 122
ANEXO 4. Humedad de Saturación ( H.S.) en porcentaje
a 0.1 bar de tensión pra las microcuencas
la Beta y la Cubero................... 128
ANEXO 5. Contenidos de humedad (%) y Potencial
matricial (bares). Conductividad Hidráu
lica (K) y Humedad equivalente (%) para
las microcuencas la Cubero y la Beta .... 130
xiii
En la Cuenca de Piedras Blancas, Antioquia se
seleccionaron las microcuencas la Beta y la Cubero para
estudios de consumo y producción de agua por las
coberturas vegetales, siguiendo la metodologia de cuenc a s
pareadas.
Se evaluó el efecto de las coberturas vegetales ciprés,
pino y rastrojo sobre la humedad del suelo hasta la zona .
de máxima intensidad radicular ( 60 cms.) . Para ello se
seleccionaron 15 sitios en cada microcuenca y se hicieron
muestreos de humedad del suelo cada 15 dias durante un
aBo siguiendo un diseBo de parcelas divididas en el
tiempo.
Se determinó la lámina drenable a partir de la humedad de
saturación en cada cobertura.
Se evaluó el balance hídrico en cada microcuenca durante
un aBo del periodo 1 de Mayo de 1991 hasta 30 de Abril de
1992.
En cuanto a la humedad del suelo entre las coberturas de
la microcuenca la Beta, para la zona de máxima intensidad
radicular, se encontró que no existe diferencia
signific ativa, mientras que para la microcuenca la Cubero
xiv
se encontró que si existe diferencia significativa a
nivel del 1 %, o sea, es mayor el contenido de humedad en
la cobertura de rastrojo,luego en la cobertura de pino y
por último en la cobertura de ciprés. Un comportamiento
similar en la humedad del suelo se encontró para los
niveles de profundidad A (0-20 cm.), B (21-40 cm.) y e
( 41-60 cm.).
En las dos microcuencas el porcentaje de humedad del
suelo de la cobertura de ciprés en el horizonte
superficial A y horizonte B fué inferior a los
porcentajes de humedad de la cobertura de rastrojo. La
interacción cobertura vegetal y periodos de lluvia
resultó significativa para ambas microcuencas.
Los resultados obtenidos del comportamiento de la lámina
drenable no permitieron establecer cuál cobertura aportó
más agua al flujo base.
El balance hídrico en cada microcuenca permitió l a
caracterización climática e hidrológica. Las dos
microcuencas presentaron un "periodo húmedo" la mayor
parte del año. La Beta y la Cubero presentaron un
"período de consumo de almacenamiento" durante 108
últimos quince dias del mes de Febrero y Marzo/ 1992
respectivamente.
xv
El 00nsumo de agua anual o evapotranspiración anual fué
en promedio de 64 % y el coeficiente de escurrimiento
promedio fué de 18 %. Las crecida s producidas por la
precipitación presentaron valores inferiores a 1 cm.;
las lluvias que presentaron mayor intensidad se .. reflejaron rápidamente en el caudal directo, debido a los
niveles tan altos de humedad que estos suelos mantienen
durante todo el afio.
PALABRAS CLAVES:
Coberturas vegetales, cobertura de ciprés, cobertura de
pino, cobertura de rastrojo, humedad del suelo,consumo de
agua, evapotranspiración, producción de agua, balance
hidrico,lámina drenable, cuencas pareadas, microcuenca,
cuenca hidrográfica.
xvi
ABSTRACT'
Water consumption and water yield by vegetal covers were
atudied in the small Beta and Cubero catchments be l onging
to Piedras Blancaa catchment in Antioquia, Colombia,
South America. The study was carried out with the paired
catchments methodology.
The effect of the vegetal coverin of cypress, pine and
ahrub on soil moiature was evaluated in the zone of
maximum intensity of the root system in the soil aurface
(60 cms). Soi 1 moiature sampling was carried out in
fifteen ae lected places of each small catchment each
fifteen days during one year, with a split split plot
designo
Drainage depth was determined from the saturation
moisture in each vegetal cover.
The water balance was studied in each small catchment
from may 1, 1991 to april 30, 1992.
Respecting the soil moisture content of the vegetal
covers of the small Beta catchment, a .s ignificant
xvii
difference in the zone of maximum intensity of the root
system in the soil surface was not found, while the small
Cubero catchment a significant difference at 1 % level
was found; the 80il moisture content is highest in the
shrub cover, then in the pine cover and ultimately in the
cypress cover. A similar behavior was found in the
different soil depths, A ( 0-20 cm ), B ( 21-40 cm ), C (
41-60 cm ).
In both small catchments, Beta and Cubero, the
percentage of soil moisture of the cypress cover in the
horizontal superficials A and B was inferior to that
found in the shrub cover. The interaction between
vegetal cover and rainfall periods was significant for
both wateraheds.
The resulta obtanined from the behavior of the drainage
depth didn't permit determination of which cover provides
more water to the baseflow.
The water balance of each small catchment made possible
climatic and hydrological characterization. Both small
catchments demonstrated a "wet period" the most part of
the year. The Beta and Cubero catchments showed a "period
of conaumption" during the last fifteen daye of February
and March/1992 reapectively.
xviii
The years water consumption or evapotranspiration rate
was an average of 64 % and the rate of overflow was of 18
%. The flood flows of the precipitations had values of
less than 1 cm. The rainfall of maximum intensity
rapidly increased the streamflow due to the high levels
of soil moisture maintained during the year.
KEY WORDS:
Vegetal covere, cyprese cover, pine cover, sñrub cover,
eoil moieture, water coneumption, evapotranepiration,
water yield, water balance, drainage depth, paired
catchmente, emall catchment, waterehed.
xix