Modelos de erosión 2

Modelos paramétricos.

Curso Básico de Hidráulica Fluvial23 - 24 de agosto de 2011

Tuxtla Gutiérrez (México)Modelos paramétricos.

Modelo USLE. Modelo

RUSLE

Tuxtla Gutiérrez (México)

Proceso erosivos- Primera parte

José Luis García Rodríguez

FORMULAS EMPÍRICAS

ZINGG (1940)

A= C·Sm·Ln-1

A, son las pérdidas de suelo por unidad de área para una parcela de pendiente conocida y anchura unidad.

C, es una constante que depende de las condiciones de la parcelaS, es la pendienteL, es la longitud en proyección horizontal

MUSGRAVE (1948)

E = (0,00527) I·R·S1,35 L0,35 P301,35

E, son las pérdidas de suelo (mm suelo/año)I, es el índice de erosionabilidad del suelo en parcela estándarR, es el factor de la cubierta vegetalS, es el factor pendiente (%)L, es la longitud de pendiente (m)I30, es la precipitación máxima en 30 minutos (mm)

Modelo U.S.L.E.

La expresión general del modelo U.S.L.E. es la siguiente:

A = R·K·L·S·C·P

donde,A, son las pérdidas de suelo en t/ha·añoA, son las pérdidas de suelo en t/ha·añoR, es el índice de erosión pluvial en hJ·cm/m2·horaK, es el índice de erosionabilidad del suelo en (t·m·hora/ha·J·cm)L·S, es el factor topográfico, producto de los factores, longitud dependiente, L, y pendiente, S.C, es el factor cultivo (vegetación o de uso del suelo).P, es el factor de prácticas de conservación de suelos agrícolas.

Indice de erosión pluvial, R )/(2 hmcmhJ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

.

Se debe a W.H. WISCHMEIER (1959) y representa la potencia delaguacero para erosionar superficialmente el suelo; por tanto, encierta medida es un índice de su torrencialidad.

Es el índice de erosividad de la lluvia.

El valor de este factor cuantifica el efecto del impacto de la gota deEl valor de este factor cuantifica el efecto del impacto de la gota delluvia y refleja también la cantidad y el valor asociado a unatormenta.

Se define como el producto de la energía cinética de un aguacero porsu máxima intensidad en 30 minutos (dividido por cien, en el S.I.).

100

I·ER 30==== hJ·cm/m2·h

Factor R

Su cálculo debe realizarse para cada aguacero, “j”,

producido en un año concreto, “k” , de ahí que resulte el

índice de erosión de lluvia EjI30j

La suma de los “m” diferentes valores de EjI30j, para los La suma de los “m” diferentes valores de EjI30j, para los

aguaceros del año, “k”, ofrece el valor de la erosividad

de la lluvia para ese año concreto y en esa estación.

La suma de los valores de toda una serie de, “N” años

en esa estación (se recomienda al menos entre 20 y 25

años), se divide por el número de años de la serie, N, y

se obtiene el valor del factor R

La energía del aguacero, en J/m2 , en el S.I., viene dada por laexpresión:

donde,

(210,2 + 89·log I), representa la energía cinética del aguacero de

I)(IT)89+2(210=E log,

(210,2 + 89·log I), representa la energía cinética del aguacero de intensidad I, en hJ, por cm. de lluvia y m2 de superficie. (hJ/cm·m2)

T, es la duración del aguacero en horas.

En consecuencia, el valor del índice de erosión pluvial, R, sedefine por la ecuación:

I)TI)(logI89+(210,2=R 30jjj

n

1j=

∑

donde,donde,

R, es el índice de erosión pluvial en (hJ·cm)/(m2·h)Tj, es el período de tiempo en horas, para intervalos homogéneosde lluvia durante el aguacero.Ij, es la intensidad del aguacero en los intervalos citados en cm/h.I30, es la máxima intensidad de la lluvia en 30 minutos, durante elaguacero en cm/h.j, son los intervalos homogéneos del aguacero.n, es el número de intervalos.

Este trabajo suele ser laborioso y requiere de bandas de pluviografo. Se

pensó en trabajar por zonas asociadas a las principales vertientes

hidrográficas españolas, en términos generales, la atlántica (I) y lamediterránea (II y III).

FACTOR R

1.- Para toda España, excepto para las zonas definidas en los apartados siguientes 2 y 3:

2.- Para la vertiente mediterránea de Andalucía, área del estrecho y la cuenca del Segura:

24F•MV•MR•PMEX•e=R 0.4140.366-0.5111.297-1.235

3.- Para la zona central de la cuenca del Ebro, área de los Pirineos Centrales yoccidentales, la zona costera del Ebro y el área costera del Levante:

e•e•24F•MV•MR•PMEX•F•10T•2T•e=R Z.9•-0.157Z.7•0.2110.80.536-1.221.628-0.482-0.8281.031-0.754

24F•MR•PMEX•e=R 0.563-0.3881.314-0.834

donde,e, es la base de los logaritmos neperianos.PMEX, es el valor medio de las series anuales de lluvias mensuales máximas (mm.)MR, es la precipitación media del período octubre-mayo (mm.)MV, es la precipitación media del período. junio-septiembre (mm.)F24, es el cociente entre la precipitación máxima de la lluvia en 24 horas del año, elevado alcuadrado, y la suma de precipitaciones máximas en 24 horas de todos los meses de esemismo año (mm.)T2 y T10, son la precipitación anual (mm.) con período de retorno de dos y diez añosrespectivamente, hallados mediante ala distribución Gumbel.F, es el factor de agresividad del clima en mm. (Fournier)Z.7, es un factor de zonificación (comprende: Cuenca de Levante costera, Ebro costero,Pirineo oriental costero y Baleares) y Z.9, es un factor de zonificación (comprende la Cuencadel Ebro central) Sus valores serán 1 si estamos en ese área, y 0 si no.

24F•MR•PMEX•e=R 0.563-0.3881.314-0.834

e•e•24F•MV•MR•PMEX•F•10T•2T•e=R Z.9•-0.157Z.7•0.2110.80.536-1.221.628-0.482-0.8281.031-0.754

24F•MV•MR•PMEX•e=R 0.4140.366-0.5111.297-1.235

Ejercicio del Factor R

Determinar el factor de erosionabilidad pluvial, Rag, del aguacero acaecido en

Palencia capital durante la tormenta del 15 de julio de 1997.

El pluviógrafo registro el siguiente yetograma

Hora Pi (mm)

16:36 0,0

16:48 2,216:48 2,2

17:00 11,0

17:12 20,2

17:24 21,4

17:36 7,0

17:48 13,8

18:00 4,2

18:12 0,0

Resumen de datos de la tormenta

Factor R

Wischmeier indica en su manual de

cálculo del Factor R que la intensidadcálculo del Factor R que la intensidad

máxima en 30 minutos no debe

considerarse superior a 63,5 mm/h

Tiempo

(min) Pi (mm)

Ii

(mm/h) Ii (cm/h)

Ei x Pi

(*)

Ei x Pi

(**)

0 - 12 2,20 11 1,1 213,9 213,9 47,1 47,1

12, 1 - 24 11,00 55 5,5 276,1 276,1 303,7 303,7

24,1 - 36 20,20 101 10,1 299,6 289 605,2 583,8

36,1 - 48 21,40 107 10,7 301,8 289 645,9 618,5

48,1 - 60 7,00 35 3,5 258,6 258,6 181,02 181,02

60,1- 72 13,80 69 6,9 284,9 284,9 393,2 393,2

Ei = 210.2 + 89 logIi

60,1- 72 13,80 69 6,9 284,9 284,9 393,2 393,2

72,1 - 84 4,20 21 2,1 238,9 238,9 100,3 100,3

TOTALES 79,80 2276,4 2276,4

(*) Cálculos de la energía cinética sin aplicar el límite, Ii > 7,6 cm/h→ Ei = 289

(**) Cálculos de la energía cinética aplicando el límite, Ii > 7,6 cm/h→ Ei = 289

Los valores de R del aguacero según las diferentes

modalidades de cálculo son los siguientes:

1) Sin aplicar los límites de la EC de cada intervalo del

aguacero, ni el límite de Imáx en 30 min (columna (*) de la

tabla

2) Si se aplica el límite para la EC de los intervalos del2) Si se aplica el límite para la EC de los intervalos del

aguacero, es decir, si Ii > 7,6 cm/h Ei = 289

(columna (**) de la tabla)

3) Si se tiene en cuenta la metodología recomendada en

EEUU por Wischmeier, deben aplicarse los límites respecto

a la EC (si Ii > 7,6cm/h entonces, Ei = 289 mm/h)

1) Sin aplicar los límites de la Ec de cada intervalo del

aguacero, ni el límite de Imáx en 30 min (columna (*)

de la tabla

42,2276P·E ii ====∑∑∑∑

9,2144342,9·42,2276I)·P·E( 30ii ========∑∑∑∑

12ag h·cmm·hj4,214

100

9,21443R −−−−========

62,2227P·E ii ====∑∑∑∑

99,2098342,9·62,2227I)·P·E( ========∑∑∑∑

1) Si se aplica el límite para la Ec de los intervalos del

aguacero, es decir, si Ii > 7,6 cm/h Ei = 289

(columna(**) de la tabla)

99,2098342,9·62,2227I)·P·E( 30ii ========∑∑∑∑

12ag h·cmm·hj84,209

100

99,20983R −−−−========

1) Si se aplica la metodología recomendada en EEUU

por Wischmeier, deben aplicarse los límites respecto a

la Ec (si Ii >7,6 cm/h, entonces, Ei = 289 mm/h)

42,2276P·E ii ====∑∑∑∑

26,1414535,6·42,2276I)·P·E( 30ii ========∑∑∑∑

12ag h·cmm·hj5,141

100

26,14145R −−−−========

Tiempo

(min) Pi (mm) Ii (mm/h) Ii (cm/h) Ei = 210.2 + 89 logIi Ei x Pi (*) Ei x Pi (**)

0 - 12 2,20 11 1,1 213,9 213,9 47,1 47,1

12, 1 - 24 11,00 55 5,5 276,1 276,1 303,7 303,7

24,1 - 36 20,20 101 10,1 299,6 289 605,2 583,8

36,1 - 48 21,40 107 10,7 301,8 289 645,9 618,536,1 - 48 21,40 107 10,7 301,8 289 645,9 618,5

48,1 - 60 7,00 35 3,5 258,6 258,6 181,02 181,02

60,1- 72 13,80 69 6,9 284,9 284,9 393,2 393,2

72,1 - 84 4,20 21 2,1 238,9 238,9 100,3 100,3

TOTALES 79,80 2276,4 2276,4

(*) Cálculos de la energía cinética sin aplicar el límite, Ii > 7,6 cm/h→ Ei = 289

(**) Cálculos de la energía cinética aplicando el límite, Ii > 7,6 cm/h→ Ei = 289

Recientes estudios…

Tesis doctoral de

Margarita Roldán

EUIT Forestal

Factor de erosionabilidad del suelo, K (t·m·h/ha·hJ·cm)

La erosionabilidad (erodibilidad) representa la

susceptibilidad del suelo a ser erosionado.

El factor K de este modelo representa la pérdida de suelo

por unidad de erosividad de la parcela estándar.

Factor de erosionabilidad del suelo, K (t·m·hora/ha·hJ·cm)

• La ecuación de regresión de Wischmeier (1971), obtenida del análisis de

los datos proporcionados por simuladores de lluvia es la siguiente:

)3c(23,3)2b(20,4)a12(M000271,0K100 14,1 −−−−++++−−−−++++−−−−⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅

donde,donde,

M, es el producto del porcentaje de partículas de suelo comprendidas entre

0,002 y 0,1 mm de diámetro, expresado en %, por el porcentaje de

partículas de suelo comprendidas entre 0,002 y 0,2 mm de diámetro,

expresado en %, o lo que es igual a la diferencia entre el 100 % y el

porcentaje de arcilla de la muestra de suelo.

a, es el % de materia orgánica

b, es el número correspondiente a la estructura del suelo

c, clase de permeabilidad del perfil del suelo, según la codificación de la

U.S.D.A.- Soil Survey Manual.

Posteriormente, Wischmeier y Smith (1978),

establecieron un nomograma para el cálculo de este

factor, en que se incluyen los parámetros anteriores.

En una primera aproximación, se prescinde de los términos b (estructura) y c (permeabilidad).

Permeabilidad

Los valores para el % de limo y arenamuy fina, % de arena (0,1-2,0 mm), % demateria orgánica y estructura, se tomande los 15 a 20 cm superiores del perfiledáfico.

Cuenca media del rio Jarama. Abril 2008

Mapa de litologías en la cuenca media

del rio Jarama.Proyecto Univ.

Chapingo. 2009.Programa SWAT

Tipos de rocas formadoras del substrato superficial o litofacies.

Rango del factor K (máx. – mín.)

Rocas correspondientes al estrato cristalino(granito, gneis, ...) y rocas basálticas.

0,05 – 0,15

Cuando no se dispone de muestras de suelo, se pueden utilizar valores basados en estudios y experiencias (Paisajes de Estados Erosivos en Grandes Cuencas) agrupados en unidades de litofacies semejantes.

(granito, gneis, ...) y rocas basálticas.

Rocas silíceas compactas (metamórficas,areniscas duras, cuarcitas, ...)

0,10 – 0,25

Rocas sedimentarias bien consolidadas (calizasduras, dolomías, calcarenitas, ...)

0,20 – 0,40

Rocas sedimentarias blandas (margas, yesos,formaciones flysh, calizas poco consolidadas,areniscas disgregables, ...)

0,40 – 0,60

Rocas cuaternarias (depósitos recientes) 0,40 – 1,00

Factor topográfico, L·S

Este factor combina el factor, L, longitud de pendiente y el factor pendiente, S, resultando un valor que aumenta el valor final de las pérdidas de suelo conforme aumenta la pendiente del terreno.

Proyección horizontal

Pendiente, s(%)

Longitud de pendiente, λ (m)

- para pendientes, s<9 % y longitudes de pendiente, λ<350 m

⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅++++

⋅⋅⋅⋅

λλλλ

====⋅⋅⋅⋅s043,0s30,043,0

SL23,0

En 1982 se da la última revisión del factor (McCool et al, 1982), para laderas más o menos uniformes, resultando las expresiones siguientes:

⋅⋅⋅⋅

====⋅⋅⋅⋅613,61,22

SL

- para pendientes, s>9 % y cualquiera que sea la longitud de pendiente.

3,13,0

9s

1,22SL

⋅⋅⋅⋅

λλλλ====⋅⋅⋅⋅

s m = 0,30 m = 0,40 m = 0,50 m = 0,60

% ���� L·S ���� L·S ���� L·S ���� L·S

100 5 28,5

70 8,5 21,8

60 11 18,5

En la U.D. de Hidráulica e Hidrología de E.T.S.I. de Montes de Madrid se aplica el método de Mintegui (1983), mediante la correlación con el mapa de pendientes

60 11 18,5

30 58 10,7

24 64 6,7

18 78 4,4

12 100 2,4

3 233 0,5

Pendiente, S (%) Factor L·S

100 28.5

70 21.8

60 18.5

Valores medios de pendientes y del factor L·S que se pueden adoptar para trabajos en primera aproximación

60 18.5

30 10.7

24 6.7

18 4.4

12 2.4

3 0.5

Factor C

El efecto que la vegetación proporciona al suelo y que esrecogido en la determinación del factor C (Wischmeier ySmith, 1975), se debe al producto de tres subfactores:

1) La protección aérea que la vegetación proporciona al suelo.

2) La protección que proporciona la vegetación en contacto conla superficie del suelo

3) Los efectos que los residuos de la vegetación tienen en laprotección del suelo, tanto porque lo cubren, como porquepueden variarle algunas de sus propiedades físicas.

Relación del factor C y del R.

�El valor de C no es constante a lo largo del año, especialmenteen el caso de cultivos agrícolas, estableciéndose para su cálculolos períodos denominados: barbecho, siembra, establecimiento,crecimiento y maduración y rastrojo.

�Estos períodos varian de unos cultivos a otros y de unas zonas�Estos períodos varian de unos cultivos a otros y de unas zonasgeográficas a otras, por lo que se relaciona con el índice deerosividad, R, y su comportamiento anual.

�En España, se han establecido perfiles de comportamiento delfactor R para diferentes zonas , normalmente asociados a cuencashidrográficas para poder estimar el porcentaje que corresponde acada período vegetativo

Relación entre el Factor R y el Factor C.

Tipo de usos del suelo Valor del factor C

Arbolado con Fcc > 70%. Bosque 0,01

Arbolado con Fcc: 20%-70% 0,03

Arbolado con matorral (<20%) 0,04

Matorral con arbustos, Fcc < 70 %

0,20

Matorral con arbustos, Fcc > 70 0,10

Trabajos, informes, proyectos,…

Basado en la Memoria

del I Inventario Nacional de Erosión de Matorral con arbustos, Fcc > 70

%0,10

Pastizal con matorral 0,15

Pastizal 0,10

Cultivos arbóreos de secano (almendros, olivos, viñedos, ...)

Uso del suelo

Cultivos anuales y herbáceos 0,25

Cultivos en regadío 0,04

Improductivo (poblaciones, embalses, canteras, roquedos, ...)

1,00

Erosión de Suelos.

Paisajes Erosivos en

Cuencas

Los tres subfactores que afectan al factor C

A.Cubierta forestalB.Cubierta del suelo

C.Suelo desnudo con finas raíces en la capa

superficial

Wischmeier, 1975Wischmeier, 1975

Fuente: Brooks et al.

En Gray y Sotir

Factor C Forestal

Fuente: Hydrology and

the management of

watersheds

Brooks, K et al.

En este modelo se incluyen en un principio, el cultivo anivel, el cultivo en fajas y las terrazas.

Definición.Relación entre el valor medio de las pérdidas de suelo

Factor Prácticas de Conservación de Suelos Agrícolas

Relación entre el valor medio de las pérdidas de suelo

producidas en un campo donde se realizan las prácticas

de conservación de suelo antes mencionadas, y las que

se originarían en el mismo campo si se hicieran las

labores en la dirección de la máxima pendiente, a igualdad

de los restantes factores, lluvia, suelo, topografía y

vegetación, en ambas situaciones.

λ= 22,1 m

9%

Pendiente (%)

CULTIVO A NIVEL CULTIVO EN FAJAS

CULTIVO EN TERRAZAS

Factor P Máxima longitud

1-2 0,60 120 0,30 0,12

3-5 0,50 90 0,25 0,10

Factor Prácticas de Conservación de Suelos Agrícolas

3-5 0,50 90 0,25 0,10

6-8 0,50 60 0,25 0,10

9-12 0,60 35 0,30 0,12

13-16 0,70 25 0,35 0,14

17-20 0,80 20 0,40 0,16

21-25 0,90 15 0,45 0,18

Fuente: Procesos de Erosivos

Pérdidas de suelo

Tolerancia de las pérdidas de suelo ymapa de pérdidas de suelo.

•El concepto surge en USA, comoconsecuencia del desarrollo de losmodelos de erosión, con un claro criterioproductivista y experimental.

• Según López Cadenas de Llano y Blanco(1976), esta tolerancia refleja la máximapérdida de suelo que puede admitirsealcanzando todavía el grado deconservación necesario para manteneruna producción económica en un períodofuturo previsible, con los medios técnicosactuales.

Los valores de tolerancia dependen del

tipo de suelo, de su espesor y de las

propiedades físicas del mismo, aunque

se suele admitir el rango de valoresse suele admitir el rango de valores

comprendidos entre 2 y 12,5 t·ha-1·año-1,

siendo esta última cifra válida para

suelos permeables y de gran espesor.

Según el Prof. Gandullo (1999), desde el punto de

vista ecológico y conservacionista dicho

razonamiento no es lógico pues el planteamiento

sería así:

“la máxima pérdida de suelo tolerable en un“la máxima pérdida de suelo tolerable en un

tiempo dado tiene que ser igual a la cantidad de

suelo que el sistema ecológico es capaz de

“edificar” de acuerdo con las condiciones

ambientales en que se encuentre”.

La pérdida de suelo está ligadaestrechamente con la velocidad deformación del suelo, pero este momentoes difícil de reconocer, sobre todo teniendoen cuenta que las velocidades de formaciónen cuenta que las velocidades de formaciónson tan lentas que no pueden determinarsecon facilidad (Morgan, 1997), situándose enun valor medio mundial de 0,1 mm/año(Zachar, 1982).

Pérdidas de suelo

A (t/ha.año)

Grado de la

erosión hídrica

< 10

10 – 50

50 – 200

Ninguna o ligera

Moderada

Alta

FAO-PNUMA-UNESCO.

50 – 200

> 200

Alta

Muy alta

Como se puede observar, el umbral inferior, 10t/ha·año, corresponde al supuesto de la pérdidaanual de 0,5 mm de suelo con un peso específicode 2.000 kg/m3. Se le suele llamar At

Pero la idea de pérdida admisible de suelo otolerancia no es tan simple, …

En un trabajo de planificación como es laOrdenación Agrohidrológica, hay queestablecer:

1º) El tipo de suelo en que se actúa y cuál es su1º) El tipo de suelo en que se actúa y cuál es suedafogénesis.

2º) Precisar el límite o umbral de pérdidastolerables, a partir del cual, se podrán definirlas primeras actuaciones forestales, tendentesa la restauración de las tierras afectadas por laerosión.

[[[[ ]]]]1E

zEzk

dt

dzv

−−−−⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅========

VELOCIDAD DE FORMACION DEL SUELO.

Por analogía con otros fenómenos biológicos, se puede suponer que lavelocidad de formación de un suelo, en un momento dado y cuando tieneun espesor de, “z”, cm puede venir dada por la ecuación,

Siendo, E, el espesor máximo quepuede alcanzar el suelo en lascondiciones ambientales existentes.

El factor “z” queda justificado porque cuanto mayor sea la profundidaddel suelo mayor será la capacidad de retención de agua, mayor laposibilidad de existencia de raíces y otros seres vivos y todo ellofacilitará en mayor grado la alteración química y la intensidad de todoslos procesos pedogénicos.

El factor “(E-z)/E”, se explica por la existencia final de un equilibrio. Laprofundidad del suelo no puede crecer indefinidamente; dadas unascondiciones ambientales, el suelo puede alcanzar un máximo espesorvariable según las características climáticas, fisiográficas, litológicas y eltipo de vegetación que pueda asentarse en el mismo.

dtkzEz

dz ⋅⋅⋅⋅====

−−−−++++

11De la ecuación (1) se deduce:

Si consideramos tiempo cero a un espesor mínimo “εεεε” (roca con unprincipio de alteración o/y una rudimentaria vegetación asentada sobreella) y tiempo T al momento en que el suelo ha alcanzado su equilibriocon las condiciones ambientales (profundidad E-εεεε), se puede integrar laanterior ecuación entre 0 y T.

[ ] [ ]

T

EL

T

ELk

kTELLLEL

ktzELzLTE

)(2)(2

)()()()(

)()( 0

≈−

=

=−+−+−

=−−−

ε

εεεε

ε

ε

anterior ecuación entre 0 y T.

[[[[ ]]]]22

E

zEz

T

LEv

−−−−⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====

Considerando la ec (1) se tiene:

Si en [2] ‘E” y “z” se expresan en cm y ,T, en años, la profundidad de

[ ]3)/(250

125101025,1/25,1 682añohat

E

zEz

T

ELvvcmgrv ⋅

−⋅⋅

⋅=⋅=⋅⋅⋅=⋅ −

Si en [2] ‘E” y “z” se expresan en cm y ,T, en años, la profundidad desuelo que es permisible perder al año, desde un punto de vistaecológico y conservacionista, será de “v” cm, cuando el espesor delsuelo sea “z”. Si consideramos una densidad aparente del suelo de1,25 gr/cm3, esta profundidad equivale a:

EDADES Y ESPESORES DE LOS SUELOS CLIMACICOS ESPAÑOLES.

En un esquema muy simplificado, y por ello con todos los contraejemplos puntuales que se deseen, podemos asegurar que la mayor parte de los suelos españoles responden, esencialmente, a cuatro procesos pedogenéticos distintos:

A: Levigación con mayor o menor tendencia a la podzolización, proceso típico de los climas templado-fríos y suficientemente húmedos cuando la pendiente es escasa.Estos suelos se forman con bastante rapidez. Las cifras oscilan entre los 550 años en arenas incoherentes (SQNDHEIM et alt., 1981) y 2.000/3.000 años (DUCHAUFOUR, 1987) cuando la roca es coherente o/y cuando su naturaleza calcárea precisa una primera descarbonatacion.

B: Braunificación o calcimorfización, procesos característicos de los suelos templado-fríos en los que la menor pluviosidad o/y la pendiente o/y la abundancia de carbonato cálcico ralentizan la evolución del suelo, y de aquellos suelos mediteráneos asentados sobre caliza y donde la pendiente impide la descarbonatación. En estas circunstancias la formación del suelo estable pendiente impide la descarbonatación. En estas circunstancias la formación del suelo estable parece requerir un tiempo variable entre 5.000 (WILKE, 1975) y 10.000 años (RIRKELAND, 1974).

C: Fersialitización restringida, proceso característico de los climas templado-cálidos mediterráneos, bien semiáridos, bien subhúmedos, pero sin monosialitización y donde la arcillosidad del horizonte Bt se debe esencialmente al fenómeno de argillización “in situ”.En este caso nos encontramos ya en los suelos que DUCHAUFOUR (1984) denomina suelos de ciclo largo. BORNAND (1978) estima en cifras del orden de 50.000 a 100.000 años el tiempo de su formación completa. SPAARGAREN (1979) concuerda con estas cifras.

D: Fersialitización total, proceso observado bajo clima templado-cálido mediterráneo subhúmedo, en zonas llanas o de escasa pendiente, con fase de monosialitización, formando suelos maduros con edad superior a 500.000 ó 1.000.000 años (TORRENT et alt.. 1980; PORTA et alt., 1994).Los espesores de los distintos suelos estables pueden ser muy variables, pero puede estimarse en un valor máximo de 120 cm si la roca es coherente y de 200 cm sobre materiales incoherentes (MONTURIOL y GUERRA, 1983).

T=500 T=5.000 T=10.000 T= 100.000 T=1.000.000

10 21.94 2.19 1.10 0.11 0.02

20 39.90 3.99 1.99 0.20 0.04

30 53.86 5.39 2.69 0.27 0.05

40 63.83 6.38 3.19 0.32 0.06

50 69.82 6.98 3.49 0.35 0.07

TABLA 1(Pérdida admisible de suelo para E = 120 cm en t/(ha·año))

Profundidadactual delsuelo (cm)

60 71.81 7.18 3.59 0.36 0.07

70 69.82 6.98 3.49 0.35 0.07

80 63.83 6.38 3.19 0.32 0.06

90 53.86 5.39 2.69 0.27 0.05

100 39.90 3.99 1.99 0.20 0.04

110 21.94 2.19 1.10 0.11 0.02

T= 500 T=5.000 T=10.000 T=100.000 T=500.000

10 25.16 2.52 1.26 0.13 0.02

20 47.68 4.77 2.38 0.24 0.05

30 67.55 6.76 3.38 0.34 0.07

40 84.77 8.48 4.24 0.42 0.08

50 99.34 9.93 4.97 0.50 0.09

60 111.26 11.13 5.56 0.56 0.11

70 120.54 12.05 6.03 0.60 0.12

80 127.16 12.72 6.36 0.64 0.13

TABI.A II(Perdida admisible de suelo para E= 200 cm en Tm/(ha·año))

ProfundidadActual delSuelo (cm)

90 133.13 13.11 6.56 0.66 0.13

100 132.46 13.25 6.62 0.66 0.13

110 131.13 13.11 6.56 0.66 0.13

120 127.16 12.72 6.36 0.64 0.13

130 120.54 12.05 6.03 0.60 0.12

140 111.26 11.13 5.56 0.56 0.11

150 99.34 9.93 4.97 0.50 0.09

160 84.77 8.47 4.24 0.42 0.08

170 67.55 6.76 3.38 0.34 0.07

180 47.68 4.77 2.38 0.24 0.05

190 25.16 2.52 1.26 0.13 0.02

Modelo RUSLE

Handbook 703. USDAHandbook 703. USDA

MODELO RUSLE

En 1985, se acordó llevar a cabo la revisión de la

U.S.L.E., para incorporar nuevas investigaciones y

tecnologías, posteriores a la publicación del libro de la

USLE en 1978. USLE en 1978.

El trabajo de revisión fue iniciado seriamente después

de 1987, y resultó un nuevo libro técnico (Handbook,

703) y una tecnología denominada RUSLE, la Revisión

de la USLE.

General Flow Chart of RUSLE

User inputs to

describe specific site

Data files previously

defined by userRUSLE

Computations

R

K

LS

C

Location

Soil

City

(Weather)

Database

Plant C

P

Soil

Topography

Land Use

Plant

Database

Operations

Database

A-RUSLE Soil

Loss Estimate

Los archivos de datos songeneralmente definidos por el usuario

Definidos por el usuario para unadeterminada zona/gestión/práctica

de conservación

RCLIMA

KSUELO

LSTOPOGRAFÍA

ARCHIVO “CITY”

ARCHIVO DE CULTIVO

CGESTIÓN DE LA CUBIERTA

PPRÁCTICA DE

CONSERVACIÓN

APÉRDIDA DE

SUELOESTIMADA

ARCHIVODE

OPERACIÓN

La RUSLE mantiene la estructura básica de la USLE,aunque cambian algunos algoritmos, que explicanindividualmente cada uno de los factores.

El cambio más significativo es la informatización deesta tecnología, de esta manera cada factor quedadeterminado recurriendo a las bases de datosdeterminado recurriendo a las bases de datosintegradas en el programa informático en el que seapoya.

En una breve descripción de las novedadesincorporadas a los distintos factores U.S.L.E. sedestacan aquellas de interés por su posibleaplicación...

KLSCP

AReq ====

Factor R.Se desarrollan nuevos e importantes avances en la producción demapas de iso-R, aumentando el número de estaciones de las que sedisponía en el Agriculture Handbook 537.

Posteriormente se desarrolla el concepto del Req, obtenido de:

KLSCPeq

donde,

A,K,L,S,C y P están basadas en medidas de campo.

Se relacionaron los valores Req con valores de precipitación anual paraobtener mapas de erosión utilizables en las grandes extensionescerealistas estadounidenses.

Se tiene en cuenta una reducción de los valores R en zonas de bajaspendientes donde ocurren grandes tormentas. La reducción se basa en elefecto que produce el agua almacenada en el suelo (Huss y Green, 1983).

En la base de datos, CITY, se incorporaron losdatos de 119 áreas de distribución delproducto E·I en distintas zonas climáticas deU.S.A.

Los archivos incluyen además de suidentificación:identificación:

•Número de días sin heladas•R anual o Req•Distribución de EI30 en períodos de 15 días•EI30 de tormenta anual máxima para períodosde recurrencia de 10 años.

Uno de los problemas del desarrollo de los valores de R enla Base de Datos CITY es la escasez de datos utilizadospara calcular las relaciones de tiempo-intensidad y, el valorEI30 por períodos.Otros autores intentaron calcular R correlacionando laprecipitación anual y mensual con los factores Rconocidos.

Renard y Freimund (1993) presentaron las ecuaciones deRenard y Freimund (1993) presentaron las ecuaciones deregresión siguientes:

R=0,0048 P1,61 R=0,074 F1,85

donde,R, es el índice de erosión pluvial.P, es la precipitación anualF, es el índice de Fournier (1960)

Donde, pi, es la precipitación mensual y P es la precipitación anual

∑=

=12

1

2

i

i

P

pF

Estas ecuaciones siempre dan altos coeficientes de determinación (r2=0,81) y el error estándar alto, por lo que se recomienda un mejor ajuste.

Para los mismos autores el (EI30)10 es el siguiente:

(EI30)10=2,98 R0,70

Factor K

El modelo RUSLE incluye ecuaciones para estimar valores

de K donde el nomograma no puede aplicarse (por ejemplo,

en suelos volcánicos con gran contenido en materia

orgánica).

Otros cambios:Otros cambios:

Se tienen en cuenta los fragmentos de roca en y sobre el

perfil del suelo. Se refleja el efecto de la pedregosidad del

perfil del suelo en la permeabilidad en tramos de

escorrentía. Los fragmentos de roca en el perfil del suelo se

asume que reducen la permeabilidad y por lo tanto,

aumentan la escorrentía y la erosionabilidad del suelo.

Los datos han mostrado que los valores de K, varían estacionalmente

•Son muy altos en la primavera inmediatamente a los deshielos.

•Los valores más bajos ocurren en la mitad de otoño y en invierno.

La variabilidad estacional se trata en la RUSLE mediante estimaciones

instantáneas de K calculadas en proporción con las estimas

bimensuales de E·I de los archivos de la BD CITY. Los valores de K

estimados se obtienen con ecuaciones relacionando el K con el

período libre de heladas y el factor K anual.

Factor K

La variabilidad temporal del factor K, según

Young et al., 1990, se puede aplicar a una serie

corta de años o para determinados eventoscorta de años o para determinados eventos

tormentosos, en donde el uso del factor K de

Wishmeier (1971) constituye un error al obviar

su variabilidad.

Factor K

La variación aludida está correlacionada con 3 factores:

• la temperatura del suelo (ciclos de deshielo,

congelación),

• textura del suelo y

• humedad del suelo.

Factor K

• El factor K según Young et al (1990), se presenta como una propiedad dinámica. A lo largo del año tomará un valor máximo, Kmax, en el tiempo tmax (a partir del 1 de noviembre) y un valor mínimo, Kmin, en el tiempo tmin, cumpliéndose las relaciones siguientes:

• Kmax/Kmin=8,60 – 0,001116* R

• Kmax/Knom=3,00 – 0,000294* R

• En donde Knom, es el factor K obtenido por la ecuación de regresión de Wischmeier (1971) del modelo USLE.

A su vez el valor de tmax se obtiene a partir del valor R

de la USLE.

Si R ≤ 5957 entonces tmax=154-0,0258*R

Si R >5957 entonces tmax=519-0,0258*RSi R >5957 entonces tmax=519-0,0258*R

De esta forma, conocidos los valores de R y Knom, se

pueden calcular los valores de Kmax, Kmin y tmax. Si el

período libre de helada ∆t es el tiempo transcurrido

entre el Kmax y el Kmin, se verifica que tmin = ∆t + tmax

Una vez conocidos todos estos parámetros se puede evaluar elvalor medio anual de K, por medio de una media ponderada,considerando los valores parciales de erosionabilidad yerosividad correspondientes a los diferentes períodos “i”:

(((( ))))∑∑∑∑====

100ii

av

IEKK

•

100

Donde,Kav es el valor medio anual del factor KKi es el valor parcial correspondiente al período “i” y(EI)i es el porcentaje del índice de erosividad anual R,correspondiente al período “i”.

Factor L·S

La revisión de este factor se lleva a cabo por McCool et al (1989), considerando la influencia de lasmismas variables, longitud y pendiente.

En la RUSLE, a diferencia de la USLE, se aumentala influencia de la longitud de pendiente λλλλ, alconsiderar que al aumentar la longitud seincrementa notablemente la formación deregueros.

m

L

λλλλ====

122 ,

donde

1++++====B

Bm

El factor L toma la expresión siguiente:

1++++B

λλλλ, es la componente horizontal de la longitud de la ladera, y

B es el cociente entre la erosión en regueros que se produce en cada parcela y que puede evaluarse mediante la expresión siguiente:

Siendo,θ el ángulo de pendiente.

Para cada ladera, según el ángulo de pendiente, se calcula B, y coneste valor se calcula m y, por último, L quedando recogidos susvalores en tablas “ad hoc”.

El factor S se estima mediante las expresiones siguientes:

(((( )))) [[[[ ]]]]56003 80,)(,/•

, ++++θθθθθθθθλλλλ==== senSenB

Donde se observa una disminución del peso de S respecto a la ecuación inicial de Wischmeier de 1978.

El factor S se estima mediante las expresiones siguientes:

03,08,10 += θsenS (si S<9 %) y

03,08,16 −= θsenS (si S>9 %)

Factor C

Los ratios de pérdidas de suelo (Soil Loss Ratios, SLR)

utilizados en el cálculo de este factor son quizás los

términos más importantes en la RUSLE porque representan

las condiciones que pueden ser manejadas más fácilmente

para reducir la erosión.

Los valores de C son medias de los Soil Loss Ratios, SLR,que representan las pérdidas de suelo respecto a las

condiciones estándar de parcela. Los SLR varían durante el

año como el suelo, condiciones de las plantas, cubierta, y

cambios aleatorios de la rugosidad. La RUSLE calcula los

valores de C calculando los SLR en períodos de 15 días de

acuerdo con la distribución de E·I.

El cálculo del SLR se realiza mediante una función

de cuatro subfactores:

SLR = PLU·CC·SC·SR

donde,donde,

PLU, es el subfactor del uso principal del suelo.

CC, es el subfactor de la cubierta aérea.

SC, es el subfactor de la cubierta superficial.

SR, es el subfactor de la rugosidad superficial

Uso Principal del Suelo (Prior Land Use, PLU)

Este subfactor expresa:(1)la influencia en la erosión del suelo de los efectos delos residuos subsuperficiales de los cultivos previos y(2) el efecto de las prácticas de cultivo previas a laconsolidación del suelo. La relación es de la forma:

PLU = Cf·e-cBuPLU = Cf·e-cBu

donde,Cf, es el factor de consolidación de la superficie del sueloBu, masas de raíces vivas o muertas y residuosenterrados encontrados en 4 cm de suelo.C, es un coeficiente que representa la efectividad de lasraíces y los residuos enterrados respecto al control de laerosión.

Cubierta Aérea (Canopy cover, CC)

Este subfactor expresa el efecto de la cubierta aérea en la

reducción de la energía de lluvia en el impacto de la

superficie del suelo.

CC = 1-FC e -0,1 H

donde,

CC, es el subfactor de cubierta aérea

FC, es la fracción de cabida cubierta

H, es la altura de caída de las gotas de lluvia después de

intercepción (ft).

Los valores de FC y H se encuentran en la BD CROP.

Cubierta de Superficie (Surface Cover, SC)Este efecto se ha observado que varía en distintos estudios deinvestigación. En algunos se observa que una cubierta del 50 % reducelas pérdidas de suelo alrededor del 65 %., así como en otros unacubierta del 50 % las reduce al 95 %. Para ajustar esta variadaeficacia en la RUSLE, se usa la ecuación siguiente:

080240

,,

•

pSb •

==== c

pR

Sb

eSC

donde,b, es un coeficienteSp, es el porcentaje de suelo con superficie cubiertaRc, es la actual rugosidad superficial.

Este subfactor, SC, es el más sensible de los subfactores ydebe tratarse con cuidado para obtener SLR’s razonables

Rugosidad superficial (Surface Rognhness, SR)La rugosidad superficial del suelo afecta directamente a la erosión delsuelo e indirectamente a través de la protección que ofrece el residuoante el impacto de la gota de lluvia. En cualquier caso, es una funciónaleatoria de la rugosidad superficial, que está definida por la desviaciónestándar de las elevaciones superficiales cuando se producen cambiosen la pendiente del terreno o marcas no aleatorias en los cultivos.El valor de la rugosidad actual se utiliza para calcularse en períodos yestá definida por la ecuación siguiente:

(((( ))))2400260 ,, −−−−−−−−==== cReSR

donde,

SR, es el subfactor de la rugosidad superficial y Rc, es la rugosidad actual, siendo,...

(((( ))))240240 ,, −−−−++++==== nrc RDR

donde,

Dr, es un coeficiente de descomposición y Rn, esrugosidad neta después de una labor de campo.

Como se puede apreciar su cálculo requiere deauténticos especialistas, acostumbrados a determinarlos parámetros descritos.

Figura 21

Figura 22

Figura 23

Figura 24

Figura 25

Figura 26

Figura 27 Figura 28

Figura 29

Figura 30