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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias
ISSN: 1010-2760
Universidad Agraria de La Habana Fructuoso
Rodríguez Pérez
Cuba
Alonso Brito, Gustavo R.; Ruiz Pérez, María Elena; Schiettecatte, Wuoter; Díaz Suárez, Jorge; Almoza
Hernández, Yeleine
Estimación del riesgo de erosión laminar y en surcos en la subcuenca La Güira del río Cuyaguateje
Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 16, núm. 4, 2007, pp. 41-45
Universidad Agraria de La Habana Fructuoso Rodríguez Pérez
La Habana, Cuba
Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=93216410
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Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal
Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto
Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Vol. 16, No. 4, 2007
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Estimación del riesgo de erosión laminary en surcos en la subcuenca La Güira del ríoCuyaguateje
Assessment of rill and interrill erosion riskin the watershed La Güira (river Cuyaguateje)
Gustavo R. Alonso Brito1, María Elena Ruiz Pérez2, Wuoter Schiettecatte3,Jorge Díaz Suárez4 y Yeleine Almoza Hernández1
RESUMEN. La erosión hídrica es uno de los principales procesos de degradación de los suelos cubanos y de muchos países tropicales. Los modelosde erosión conjuntamente con las aplicaciones de Sistemas de Información Geográfica (SIG) constituyen una herramienta eficaz para los estudiosde este fenómeno. Con la ayuda de esta interfase se determinó el comportamiento espacial del riesgo potencial de erosión en la subcuenca LaGüira, elemento principal en la confección futura de un plan de conservación de suelos y agua. Para la modelación del proceso se usó la EcuaciónUniversal de Pérdida de Suelo Revisada (RUSLE, siglas en ingles). De este modelo empírico solo se trataron los factores erosividad de las lluvias,erodibilidad del suelo y topografía, como vía para determinar la erosión potencial del área. Se obtuvieron los mapas de los factores anteriormentemencionados y, a partir de la razón tolerancia de la pérdida de suelo-erosión potencial, el de riesgo de erosión. La subcuenca muestra un elevadopeligro de erosión vinculado principalmente a la alta erosividad de las lluvias y a su relieve accidentado. En un 70 % del área estudiada debenimplementarse medidas antierosivas o de lo contrario no será posible su laboreo con fines agrícolas.
Palabras clave: Modelo RUSLE, SIG, erosividad, erodibilidad, topografía, tolerancia de suelo.
ABSTRACT. Water erosion is one of the main degradation processes of the Cuban soil and other tropical countries. The erosion models and theGeographical Information System (GIS) applications constitute an effective tool for the studies of this phenomenon. These technologies wereused to determine the spatial behavior of erosion risk in the La Güira basin. Erosion risk is the most important element in the future making ofa soil and water conservation plan. The revised universal soil loss equation (RUSLE) was used to model the process. The analyzed factors of thisempirical model were the rainfall erosivity, soil erodibility and topography, as one way to determine the potential erosion of the area. It wasobtained the maps of the previously mentioned factors and the erosion risk map, this the last one starting from the reason soil tolerance -potential erosion. The watershed shows high erosion danger linked mainly to the high rainfall erosivity and high value of slope. In a 70 % of thestudied area should be implemented measured against the erosion or it won’t be possible the land work.
Keywords: RUSLE Model, GIS, erosivity, erodibility, topography, soil tolerance.
Recibido 26/04/07, aprobado 12/06/07, trabajo 67/07, investigación.1 Ing., Prof., Universidad Agraria de La Habana (UNAH), Grupo de Investigación Agrofísicas, La Habana, Cuba, E-*: [email protected] Dr., Prof. Tit.,UNAH, J ́ Grupo de Investigación Agrofísicas, La Habana, Cuba.3 Dr., Prof., Universidad de Ghent, Bélgica.4 Lic., Prof. Asistente, Grupo de Investigación Agrofísicas, La Habana, Cuba.
AGRICULTURA CONSERVACIONISTACONSERVATION AGRICULTURE
INTRODUCCIÓN
Cuba, por su condición de país tropical, posee grandesíndices de erosión hídrica en sus suelos. Este fenómeno cons-tituye el principal problema medio-ambiental del país, pues el
43,3 % del área agrícola está entre fuerte y medianamenteerosionada [1].
La cuenca del río Cuyaguateje, en particular, es la princi-pal del occidente y está entre las 8 mayores del país. Según elConsejo de Cuencas Hidrográficas (CTCH) [5], se presentan
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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Vol. 16, No. 4, 2007otros indicadores que muestran la importancia y necesidaddel estudio de su estado erosivo: 1) presenta relieve en granpor ciento montañoso; 2) niveles de gasto sólido elevados;3) diferencia de profundidad promedio en la línea de costaentre 2 y 4 m, producto de la deposición de sedimentos y 4)existen alrededor de 343 cárcavas.
Para la estimación del riesgo potencial de erosión, objeti-vo de esta investigación, han sido empleados a nivel interna-cional, tanto modelos empíricos como de base física. Losmodelos empíricos son en general poco exigentes en el volu-men de datos necesarios para su implementación [7], siendoesta su principal potencialidad en cuencas de grandes di-mensiones como la analizada. Los modelos de base física, sibien permiten un estudio detallado de los procesos y un ajus-te a las distintas condiciones presentes, como por ejemplo, elclima, exigen volúmenes de información imposibles de mane-jar en grandes áreas [8]. Para este trabajo se escogió el mode-lo de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada(RUSLE) [12], siendo este uno de los modelos empíricos másempleado en la literatura [11] [9] [14] y otros.
Actualmente con el desarrollo de las tecnologías espacia-les, como los SIG, se dispone de nuevas herramientas quepueden vincularse a los modelos y de este modo obtener ladistribución espacial del riesgo de erosión para cuencas degrandes extensiones. En Cuba se han realizado variosestudios de erosión [13] [10] y otros, pero hasta el momentono han sido aplicadas estas tecnologías.
Este trabajo se realizó en el marco de un Proyecto de Co-operación entre la Universidad Agraria de La Habana, GIAF(Cuba) y la Universidad de Ghent (Bélgica) que tiene comotítulo «Crear capacidades con vistas a elaborar un programade conservación de aguas y suelos en la cuenca del ríoCuyaguateje en el oeste de Cuba» y como objetivo fundamen-tal la reducción de la degradación de suelos y agua y los pro-blemas asociados en la agricultura y el medio ambiente en lacuenca del río Cuyaguateje en la provincia de Pinar del Río.
MATERIALES Y MÉTODOS
El presente trabajo se enmarca en la subcuenca La Güira,la cual abarca parte de los municipios: Viñales, Minas deMatahambre y Guane con una extensión de 281 km2. La Güiraforma parte de la cuenca del río Cuyaguateje, ubicada en laprovincia de Pinar del Río (220 02’ 47" – 220 35’ 37" latitudnorte, 830 49’ 14" – 840 08’ 27" longitud oeste) con una super-ficie de 723 km2, lo que la convierte en la mayor de la provin-cia y de la región occidental de Cuba. Los índices climáticosde la zona muestran una media anual (año 1965-1996) de lasprecipitaciones y la temperatura de 1 766 mm y 25,1 0C respec-tivamente [5].
Para simular el proceso de erosión fue usado el modeloempírico RUSLE [12], ver ecuación 1.
RKLSCPA (1)Donde:
A: Promedio de la pérdida de suelo anual por unidad de área,(t/haaño).
R: factor erosividad de las precipitaciones (MJmm/hahaño),elemento causante del fenómeno de erosión hídrica. Laerosividad está caracterizada por la energía cinética de lasgotas de lluvia y la intensidad de la misma. En este trabajo seusaron los valores que brinda el mapa de erosividad de laslluvias de la subcuenca La Güira (ver Figura 1), extraído delmapa de la cuenca Cuyaguateje [3].
FIGURA 1. Mapa de erosividad de las lluvias (R).
K: factor erodibilidad del suelo (thah/haMJmm), determina-do a partir del nomograma de Wischmeier y Smith [16]. Laerodibilidad de un suelo se traduce en la facilidad con que sonarrancadas las partículas (susceptibles al arrastre) de sus agre-gados, ya sea por impacto de la gota o por el flujo de agua ensuperficie. El nomograma es una ecuación empírica en la que serelacionan principalmente propiedades físicas y químicas quedeterminan la estabilidad estructural de un suelo.
La base de datos sobre la textura y el contenido de mate-ria orgánica (términos del nomograma) es bastante pobre,solo se contó con información de 5 perfiles de suelo de lasubcuenca, facilitado por el Instituto de Suelo de Pinar delRío; en función de esto se determinó hacer una estimación,hallando un valor de erodibilidad para toda la subcuenca conel promedio de los valores calculados de K según elnomograma de los cinco perfiles disponibles. El valor obteni-do fue de Knom = 0,04 (t ha h/ha MJ mm).
LS: factor topográfico (L: longitud de la pendiente y S:ángulo de la pendiente), de este depende en gran parte elcomienzo de la escorrentía y la capacidad de arrastre de sedi-mentos de la misma.
En este trabajo para determinar un mapa del factor topo-gráfico se utilizó el programa URLSP [16] fundamentado se-gún RUSLE [12]. Esta herramienta determina el valor de LS decada segmento (conformando un mapa) a partir de las carac-terísticas topográficas de la cuenca: 1) flujo de drenaje, 2)mapa de pendiente, 3) área acumulativa de drenaje, para abor-dar más consultar [2]. Cada una de estas características fue
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295000
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3100000 5000 10000
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Erosividad(MJ mm/ha h)
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determinada a partir del modelo digital de elevación (DEM),ver Anexo 1. Para obtener este mapa tridimensional de la to-pografía del terreno se digitalizó el mapa topográfico a escala1:25 000 (esto fija la escala de trabajo) sobre el SIG «Mapinfo»y se interpolaron sus isolíneas por el método de triangulaciónsegún [6] en el SIG «IDRISI».
C: factor cobertura de la superficie y P: factor prácticas demedidas antierosivas. Para la determinación de la pérdida desuelo potencial se asume el caso extremo donde el suelo estádesnudo (C=1) y sin medidas que contrarresten este proce-so de degradación (P=1). Los valores de estos parámetros enla realidad oscilan entre 0 – 1.
Teniendo en cuenta esto la erosión potencial se determi-na según ecuación 2, [12].
LSKRAp (2)
Donde: Ap = Erosión potencial, determinada para cadapíxel de los mapas raster.
Para determinar el riesgo potencial de erosión es necesa-rio analizar la razón tolerancia de la pérdida de suelo y ero-sión potencial. Todas las operaciones aritméticas entre mapasse realizaron sobre el SIG «IDRISI».
La tolerancia (T) es el límite máximo de pérdida de partícu-las de suelo atendiendo al equilibrio de esta con el procesode formación del suelo, para mayor información de este factoren la subcuenca consultar [2].
Para evaluar los valores del riesgo es necesario clasificarloen función de algún parámetro, por ejemplo: clasificación delriesgo de erosión según la cobertura. Para que un suelo nopierda sus horizontes superficiales y con este su productivi-dad, debe cumplirse la condición que plantea la ecuación 3.
TPCLSKRA (3)Despejando de la ecuación (3) la razón que determina el
riesgo, la responsabilidad de que se sigua cumpliendo estacondición recae en la cobertura y en las medidas de controlde la erosión según la ecuación (4).
PCLSKR
T
(4)
Algunos criterios de valores del factor C (determinadospor Roose E., «Erosión y escorrentía en África del Oeste»,citado por [10]) se utilizaron para establecer los rangos deriesgo potencial. Para valores del factor P no se tomaron refe-rencias de otros trabajos, porque es un factor muy específicode las condiciones de la cuenca y conllevaría a establecerdistintos escenarios en conjunto con C, por lo que se mantie-ne como P=1 (comprobado en la realidad mediante observa-ción in situ). Por consiguiente, se establecieron atendiendo avalores de cobertura las clases de riesgo siguientes:
Muy alto riesgo (0-0,001): zonas donde deben existir áreasforestales densas debido a sus valores de riesgo, alto riesgo(0,01-0,3): zonas en las que se pueden establecer cultivos conespesa área foliar y con pequeñas distancias de plantación,riesgo moderado (0,3-0,5): cultivos con exigencias medias decobertura y riesgo bajo (0,5-1) cualquier cultivo.
La leyenda de los mapas obtenidos representa, entre otrascosas, las áreas de macizo rocoso o mogotes de la Sierra de
los Órganos y las áreas de deposición de sedimentos, en loscuales no es de interés el estudio de erosión (consultar [2]).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Las características topográficas de la subcuenca fue-ron determinadas, por primera vez, de forma automatizada,empleando un Sistema de Información Geográfica (SIG). Elárea límite de la subcuenca resultó en 290 km2 a diferenciade los 281 km2 citados en la literatura, este último calcula-do según los métodos cartográficos tradicionales. El mapadeterminado del factor LS se muestra en la Figura 2, susvalores están acorde con la descripción topográfica de lasubcuenca como muestra el DEM (Anexo 1). Las magnitu-des máximas de LS corresponden a las zonas de alturas depizarras o lomerío, predominantes hacia la línea parte aguade la subcuenca, donde el relieve es bastante accidenta-do, con valores de pendiente por encima de 16 % y lasmínimas a los valles intramontanos, es decir a zonas dependiente más suaves, menores de 8 %, ubicadas en laregión central dispuestas como se observa en el mapa.Este planteamiento demuestra la alta dependencia del fac-tor LS con el grado de pendiente que presenta el terreno.Los valores del mapa oscilan entre 0 y 10 aproximadamentey se corresponden con otras investigaciones, como las dela cuenca del río Paute en Ecuador [14] y la región deFlandes en Bélgica [4].
FIGURA 2. Mapa del factor topográfico (LS).
La multiplicación píxel a píxel de los mapas raster del fac-tor LS y R, y el valor promedio de K arrojó el mapa de erosiónpotencial de la subcuenca La Güira, ver Figura 3. Este mapamuestra como promedio valores de erosión potencial muyelevados (1 364 t/ha/año) producto a la alta erosividad de laslluvias. La zona sureste de la subcuenca es la de mayor po-tencial erosivo y los valores más bajos se presentan en la
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Leyendamacizo rocoso
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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Vol. 16, No. 4, 2007zona central con una disposición noreste - suroeste, comose observa en el mapa.
decir la erosión en la subcuenca puede ser considerada comoun grave peligro de degradación de los suelos cultivables. Enespecial las zonas de alturas de pizarras muestran los valoresmás elevados, debido a la dependencia de este mapa con elde erosión potencial y por consiguiente con la topografía.
FIGURA 3. Mapa de erosión potencial.
Atendiendo a la similitud espacial del mapa de erosiónpotencial y el mapa de LS (Figura 2), se decidió determinar laregresión entre el mapa de erosión potencial y los mapas delos factores que la determinan, erosividad de las precipitacio-nes y topografía, excluyendo la erodibilidad del suelo, la cualse le asignó un valor constante para toda la subcuenca. Elcoeficiente de determinación (R2) entre los mapas R – Ap esde 2,11 % y entre LS – Ap de 99,77 %. Por tanto, se concluyeque la variabilidad espacial del mapa de erosión potencialdepende principalmente del factor topográfico. Esto puedeexplicarse pues la erosividad de las lluvias depende del com-portamiento de las precipitaciones, magnitud que es sensiblea variaciones espaciales en el orden de los kilómetros, nosiendo así la topografía cuya variabilidad está en el orden deunos pocos metros.
La clasificación del riesgo de erosión de un área, segúnla cobertura que esta debe tener para que la pérdida de suelono supere los límites permisibles, puede ser utilizada comopunto de partida en la elaboración de un plan de conserva-ción de suelos y agua.
Clasificando según lo establecido anteriormente, se ob-tuvo un mapa de clases de riesgo potencial de erosión (verFigura 4). Del área total estudiada existen 1 2489,66 ha de laclase muy alto, 5 328,18 ha de alto, 11,34 ha de moderado y0 ha de bajo. Estos valores indican que ninguna zona debeser plantada con cultivos de escasa cobertura y un 70 % de lacuenca debe mantener poblaciones de bosques densos, es
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LeyendaMacizo rocosoÁrea de deposición
Río
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185000 190000 195000 200000 205000 210000
280000
285000
290000
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300000
305000
3100000 5000 10000
Leyenda
Líneas blancas (Río)Área de deposiciónMacizo Rocoso
Clases de RiesgoMuy AltoAltoModerado
FIGURA 4. Mapa de riesgo de erosión laminar y en surcosclasificado.
CONCLUSIONES
Mediante la delineación automatizada (SIG) de la cuencase pudo determinar los aspectos hidrológicos: límite de lacuenca, comportamiento del flujo, área acumulativa de drena-je y mapa de pendiente.
Se obtuvo que dadas las condiciones de lluvia, suelo ytopografía, las zonas de riesgo de erosión se distribuyen en:12 489 ha con muy alto riesgo, 5 328 ha de alto riesgo y 11 hade riesgo moderado. La erosión en la subcuenca puede serconsiderada como un grave peligro de degradación de lossuelos cultivables.
Las áreas bajo condiciones de muy alto riesgo de erosiónlaminar y en surco coinciden en su mayoría con las alturas depizarras, sobresaliendo a escala de la subcuenca la zona su-reste.
En general el grado de riesgo de erosión laminar y ensurcos es muy elevado, producto de los altos valores de ero-sión potencial, se muestran valores medios de 1 364 t/ha/año,estos últimos influenciados principalmente por la altaerosividad de las precipitaciones predominantes en toda lasubcuenca y características de países tropicales.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. ALONSO, G.: Palabras de la directora del departamento de medioambiente del CITMA, en el VI Congreso Nacional de la SociedadCubana de la Ciencia del Suelo, Cuba, 2006.
Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Vol. 16, No. 4, 2007
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ANEXOS
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
Altura (m)
ANEXO 1. Modelo digital de elevación de la subcuenca La Güira.
