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marvin romero

1) El documento analiza la magnitud del problema de erosión de suelos en el contexto del crecimiento poblacional y la disponibilidad limitada de recursos naturales. 2) Explica que la población crece geométricamente mientras los recursos como el suelo lo hacen de forma aritmética, lo que lleva a desequilibrios. 3) Describe algunas estrategias para recuperar tierras degradadas como represas para regadío, desalinización de suelos y drenaje de zonas húmedas.

Medio ambiente
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MANEJO Y CONSERVACION DE SUELOS EROSION DE LOS SUELOS
SUMARIO 1. Magnitud del problema erosivo 2. Contexto socioeconomico del proceso erosivo 3. Daños directos y daños indirectos causados por la erosión hidrica 4. Senacsa, creación y perpectivas 5. Agentes erosivos y niveles aceptables de erosión 6. Estabilidad estructural de suelos y suceptibilidad a la erosión 7. Factores fisicos que promueven la erosión 8. Erosividad y erodabilidad 9. Beneficios derivados de la conservacion de suelos
OBJETIVO Al finalizar el estudio de este Tema, el estudiante deberá estar en capacidad de: Explicar la magnitud del problema erosivo, el contexto socioeconómico y los factores físicos que promueven daños directos e indirectos en el ambiente agrícola y ecológico. Conocer la estructura general de las instituciones gubernamentales establecidas mediante Decretos y Leyes, para armonizar las políticas de explotación agrícola sin deteriorar el ambiente. Conocer los beneficios que se derivan cuando se establecen programas de conservación de suelos y aguas. La magnitud del problema erosivo y su contexto socioeconómico incluye un análisis de los recursos de tierras y de aguas disponibles en el planeta. Implica también un análisis del crecimiento de la población humana, asociado a sus demandas alimenticias, de abrigo, de productos textiles, de productos farmacéuticos y de otros productos como resinas, caucho, chicle, etcétera.
TEORÍA DEL MALTUSIANISMO • El análisis se basa parcialmente en el enfoque de Norman Hudson (1971). Este autor esgrime la teoría del Maltusianismo como herramienta que permite develar, en gran parte, la magnitud del problema de la erosión. • La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), también considera como eje central, en algunas de sus publicaciones relacionadas con erosión, el vínculo estrecho que existe entre crecimiento de población y disponibilidad de recursos para satisfacer las necesidades en materias primas y alimentos para la población mundial (Hudson, 1971; ONU/FAO, 1984). • Hudson (1971) se apoya en la teoría del economista inglés T. R. Ma1thus (1766-1834). Malthus plantea que, en tanto que la población humana aumenta geométricamente (1, 2, 4, 8, 16, 32, etc.), los recursos naturales que proveen alimento y otros requerimientos esenciales para el ser humano crecen aritméticamente (1, 2, 3, 4, 5, 6, etcétera).
CONTINUACION • Inevitablemente, ambos modelos de crecimiento, situados en el mismo marco de referencia, encontrarán un punto de compensación. Más allá de éste, se produce una inestabilidad entre los recursos naturales y las demandas en alimentos y materias primas de la población. • El crecimiento de la población incide en muchos aspectos. Dos de ellos son las conductas y patrones respecto del uso de la tierra, tanto en regiones urbanas como en regiones rurales. Simultáneamente, van de la mano con el cambio en el uso de la tierra, urbanizando e industrializando zonas de importancia agrícola. De esta manera, se produce parte del trasfondo o contexto socioeconómico de la erosión, que se asocia a factores como densidad de población, tamaño de fincas, tenencia de la tierra, mercadeo de productos agropecuarios, aspectos culturales y económicos, y los efectos finales, que producen daños directos y daños indirectos.
MAGNITUD DEL PROBLEMA EROSIVO • Existe una gran pérdida de suelos por erosión hídrica o eólica, generada por el uso intensivo de terrenos no aptos para cultivos, o por cambios en su uso, cuando las tierras con excelente potencial agrícola son convertidas en áreas ur-banizadas. Esto causa una acelerada degradación física, química y biológica del recurso edáfico e hídrico, con base en una relación antagónica muy fuerte, entre dos variables: incremento de población y disponibilidad de los recursos naturales del planeta.
Sobrepoblación • La densidad de población siempre es un valor estimado, debido a la dinámica del crecimiento poblacional. Este valor se obtiene como producto de la suma de habitantes censados en una región, dividido entre el total de tierra disponible en hectáreas. Un ejemplo es Japón. Para 1992, su población superaba 123 millones de personas, mientras que la superficie del territorio es de 372 mil km2. Esto da una densidad de 330 habitantes por kilómetro cuadrado, una de las más altas del mundo (Arcos, 1992).
EL INCREMENTO DE LA POBLACION • Ya para 1980, los registros históricos indican que la población mundial alcanzó 3252 millones de habitantes, un valor muy cercano al estimado por Hudson. • Con base en los índices estimados de crecimiento poblacional, para los decenios siguientes a la década de 1950 (ONU/FAO, 1984, Hudson, 1971). • Figura 1. 1 El incremento de la población aumenta la demanda sobre los recursos naturales del planeta
Estimaciones estadisticas de población • Según estimaciones de los estadísticos, la población alcanzaba para el año 2000 la cifra de 5000 millones de habitantes, y se considera que se duplicará (progresión geométrica de Malthus) a 10,000 millones de habitantes, para la segunda mitad del siglo XXI (Dedericks, 1994; Humenik, 1994; ONU/FAO, 1984). • Los cambios en el crecimiento poblacional generan algunos de los grandes problemas de finales del XX, y permiten vislumbrar potenciales problemas socioeconómicos para los inicios del siglo XXI. Ellos son: • La explosión demográfica y la concentración de población en pequeñas áreas con alto desarrollo industrial, comercial y tecnológico (megápolis o mega ciudades), producto de la emigración masiva hacia las ciudades, de los habitantes rurales que no encuentran en su entorno natal los recursos necesarios para sobrevivir. Así, invaden las zonas urbanas, y las convierten en ciudades monstruosas e ingobernables.
ESTIMADO DE LA POBLACION • Cuadro 1.1 CANTIDAD DE HABITANTES POR ÁREA URBANA (TOTAL ESTIMADO), PARA ALGUNAS CIUDADES DEL MUNDO CON ALTA CONCENTRACIÓN DE HABITANTES ESTIMACIONES PARA EL AÑO 2000 CIUDAD (ÁREA URBANA) HABITANTES POR CIUDAD (EN MILLONES) • México, D.F. 25,6 • Tokio 19,0 • Shangai 17,0 • Nueva York 16,8
EL PROBLEMA DE LA POBLACION Y ALIMENTACION • El crecimiento de la producción de alimentos no ocurre al mismo ritmo que el crecimiento de la población, porque depende de recursos naturales finitos. Desde 1980, prácticamente se ha detenido la apertura de nuevas áreas productoras de cereales. La superficie de cultivos manejada 'con riego ha disminuido desde 1970. Además, a pesar de algunos experimentos exitosos, la pesca, otro recurso de importancia, se ha estancado desde 1980 (Humenik, 1994; Latorre, 1993). • Producto de la sobrepoblación urbana y rural, se dan las siguientes secuelas: Destrucción del medio ambiente, contaminación de ríos, lagos y mares, efecto de invernadero por la contaminación atmosférica (debido al incremento de dióxido de carbono proveniente del desarrollo industrial) y un marcado deterioro en la calidad de vida para un 75 por ciento de la población mundial, cuyos rasgos más deprimentes son las muertes por hambrunas, como las que ocurren periódicamente en el continente africano. El resto, un 25 por ciento, corresponde a la población que reside en los llamados "países ricos", que consumen dos tercios (aproximadamente 66 por ciento) de todas las materias primas y alimentos del planeta.
RECURSOS NATURALES • En el campo de los recursos naturales, el suelo y el agua son factores de suma importancia. • De su explotación racional depende el abastecimiento de alimentos y materias primas necesarias para las poblaciones humanas. • Fig. 1.2 • EL SUELO ES UN RECURSO BÁSICO EN LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS
EL RECURSO SUELO • El suelo es pilar fundamental en el abastecimiento de productos alimenticios para una población que aumenta significativamente día con día. La evaluación del recurso, en forma generalizada y en el ámbito mundial, se presenta en el siguiente diagrama sectorial (Figura 1.3). Este muestra una estimación porcentual del recurso edáfico, que tiene validez en estos últimos 15 años del siglo xx.
DIAGRAMA SECTORIAL • Figura 1.3 DIAGRAMA SECTORIAL que evalúa porcentual mente las condiciones del suelo en el mundo, y los factores que limitan la agricultura. FUENTE: ONU/FAO, 1984. Modificado.
Continuación • Puede discriminarse en el diagrama sectorial que sólo el 11 por ciento de hectáreas (esto es una. cifra cercana a 1500 millones de hectáreas) son apropiadas para el desarrollo de cultivos. Pero en el diagrama no se indica el efecto que causa en las tierras agrícolas disponibles la degradación del suelo, vía procesos erosivos hídricos y eólicos, que causan deterioro en las tierras agrícolas disponibles, disminuyendo su cantidad y su calidad. • Los estimadores estadísticos prevén que una tercera parte de esas tierras cultivables serían afectadas, debido a la erosión, a la contaminación por agroquímicos, a la salinización en regiones semiáridas (Figura 1.4) y la destrucción de tierras por extracciones mineras a cielo abierto. Esto conlleva disminuciones drásticas en productividad agrícola, e incluso la clausura de algunas zonas o áreas agrícolas (ONU/FAO, 1984; Humenik, 1994; Humenik, Miner y Converse, 1995).
ALGUNAS ESTRATEGIAS PARA EL RESCATE DE ALGUNAS AREAS • Las estrategias para enfrentar el reto de rescatar, conservar e incrementar la cantidad de terrenos agrícolas y su productividad por área son de alto costo económico, pero inevitables en su ejecución. Algunas estrategias significativas para el rescate de las diferentes áreas son: ÁREAS DEMASIADO SECAS: la evapotranspiración anual supera los índices de lluvia anual.
ESTRATEGIAS EN AREAS DEMACIADAS SECAS • En las áreas demasiado secas se diseñan y establecen represas hídricas. El agua se utiliza para regar terrenos áridos y semiáridos. Subproducto importante de esas represas es la generación de energía hidroeléctrica. Un ejemplo actual es la represa de Ataturk, en Turquía, que se ubica en la quinta posición entre las grandes represas del mundo. Entrará en servicio a finales del siglo XX, y permitirá irrigar millón y medio de hectáreas. • Otro subproducto es la energía hidroeléctrica generada por el agua de la represa de Ataturk, que significará un incremento de 50 por ciento respecto del total actual de energía eléctrica que produce Turquía. Su costo: miles de millones de dólares EE.UU. (García de Guinea, 1990).
UN PROBLEMA QUIMICO DEL SUELO • Es causado por la presencia de sales en su superficie. • En las áreas con problemas químicos, los sistemas de recuperación incluyen el diseño de controles más eficientes para atenuar el impacto de compuestos agroquímicos residuales, contaminantes, en última instancia, de los suelos, ya sea por agua de infiltración o por agua de escorrentía. • Además, se planifican proyectos de desalinización y restitución de suelos con alto contenido de sodio, mediante técnicas que desplazan el sodio del suelo, por aplicación de mejoradores químicos, complementado con un lavado por percolación profunda y su evacuación del sistema edáfico, por canales de drenaje.
EN AREAS CON SUELOS DELGADOS • Las áreas con suelos delgados o demasiado superficiales (suelos con profundidad efectiva de 10 a 30 cm, y usualmente con afloramientos rocosos) se delimitan agroecológicamente como reservas protectoras del ambiente edáfico. • Las políticas de conservación están prioritariamente dirigidas hacia regiones geográficas con suelos delgados, sometidos a alta intensidad pluviométrica y con predominio de pendientes escarpadas.
EN LAS REGIONES DEMASIADO HUMEDAS • En las regiones demasiado húmedas y con terrenos cuya pendiente plana permite su habilitación agrícola, la estrategia es el diseño de drenajes a cielo abierto o de drenajes subterráneos, combinado con el dragado profundo de ríos locales, recolectores primarios de aguas pluviales. El objetivo. es bajar el nivel freático del agua, y aumentar el volumen de suelo aireado y poroso, para que las raíces de los cultivos se desarrollen adecuadamente. • con agua en la superficie del suelo, requieren sistemas de drenaje de alto costo económico.
REGIONES PERMANENTEMENTE CONGELADAS • En las regiones permanentemente congeladas, hasta el momento no ha sido posible diseñar sistemas adecuados de recuperación de tierras, para incorporadas a las tierras agrícolas. Aparte de los problemas relacionados con la ingeniería, está el problema de adaptación de cultivos. • Las areas congeladas del planeta no permiten el desarrollo agrícola.
AREAS SIN LIMITACIONES PARA USO AGRICOLA • Las tierras sin limitaciones para uso agrícola solamente requieren de sistemas racionales de manejo y conservación. Esta estrategia debe permitir el uso sostenido y continuo de los suelos. Esto se traduce en una adecuada capacidad de mantener índices óptimos de producción, parámetro identificado como sostenibilidad de tierras. • Áreas sin limitaciones para el uso agricola.
EL RECURSO HIDRICO • El agua es la sustancia más común del planeta. Se distribuye en forma cíclica (ciclo hidrológico), sin dependencia de la actividad humana (Figura 1.11). • Pero, como resultado del desarrollo tecnológico, el ciclo reacciona a la influencia humana. Las sustancias tóxicas solubles en agua, vertidas en ríos y lagos como subproductos de la actividad agrícola e industrial, se integran al ciclo hidrológico y alcanzan las zonas freáticas del suelo y los reservorios de agua, afectando a su paso múltiples y frágiles sistemas biológicos. Finalmente, afectan la disponibilidad aséptica del recurso para consumo humano (agua potable). Esto obliga a las instituciones que distribuyen agua para las poblaciones humanas a realizar erogaciones económicas muy costosas que garanticen su potabilidad (Figura 1.12).
EL RECURSO HIDRICO EN CONDICIONES PRISTINAS • El recurso hidrico en condiciones pristinas , conserva el agua con sus características básicas: sin color, sin sabor, sin olor (y sin calorías). Es esencial para toda forma de vida terrestre.
EL CICLO HIDROLOGICO
LAS AGUAS USADAS • subproducto de procesos industriales vertidas en los ríos, ingresan al ciclo hidrológico y contaminan el ambiente. Anualmente, se vierten 450 km3 de aguas residuales en los ríos del planeta.
EL AGUA ES UNA SUSTANCIA ABUNDANTE • A pesar de que el agua es una sustancia abundante, cuya cantidad es relativamente invariable, su distribución no es uniforme en todo el planeta. Por esta razón, existen regiones que reciben grandes cantidades de agua por lluvia (identificadas como zonas tropicales húmedas), y zonas con baja disponibilidad de agua de lluvia, identificadas como zonas tropicales subhúmedas, y regiones tropicales, subtropicales o templadas, con características semiáridas o áridas. • La mayoría del agua presente en la Tierra no es disponible. Solo un tres por ciento del agua total es agua dulce o potable (no salina).
Continuación • Del agua dulce, el 2,25 por ciento se encuentra en los glaciares y capas de hielo situados en los polos de la Tierra. Un 0,50 por ciento corresponde al agua subterránea, y un cincuentavo porcentual (1/50 por ciento) se encuentra en lagos y ríos (Humenik, 1994; Gohl, 1994). El resto de agua porcentual se recircula dentro del ciclo hidrológico. Esto abarca el agua de lluvia, agua que infiltra hacia reservorios en el subsuelo, agua que se pierde por transpiración y evaporación, y agua consumida por organismos del reino animal, en algunas etapas del ciclo hidrológico. • Por las estimaciones porcentuales anteriores, la cantidad y calidad de este recurso irremplazable debe ser protegido celosamente. • Si la población mundial se duplica con base en las proyecciones estadísticas y maltusianas, para la mitad del siglo XXI se ejercerá una gran presión sobre el recurso hídrico, que en este momento ya se encuentra seriamente presionado en cantidad y en calidad. • Adicionalmente, si se considera que, al inicio del siglo XX, el noventa por ciento del agua utilizada en el mundo era para riego de cultivos que producían alimentos y fibras textiles requeridas por la población, el problema se agrava.
REDUCCION DEL AGUA PARA IRRIGACION • Era de esperar que para el año 2000, o finales del siglo XX, el uso de agua para irrigación se hubiera reducido en un 60 por ciento del agua total utilizada a inicios del siglo XX (Humenik, 1994). • Las estrategias para enfrentar el reto de conservar e incrementar la cantidad y la calidad del recurso agua también son de alto costo económico. Algunos de los proyectos son más onerosos que los planificados para la recuperación de tierras degradadas por sequía, mal drenaje, erosión o salinidad.
Algunas estrategias diseñadas y establecidas para conservar el recurso hidrico • Reducir la evapotranspiración: La pérdida de agua del ecosistema edáfico- agrícola, especialmente en sistemas de agricultura bajo riego, es la mayor fuente de pérdida de agua. • Reducir las áreas de riego e incrementar la productividad por metro cúbico de agua utilizada: Esto significa cambios en la densidad de siembra de cultivos, desarrollo y selección de cultivos tolerantes a sequías estaciónales mediante biotecnología, junto con la limitación de áreas para cultivos forrajeros, aumentando simultáneamente los cultivos para consumo humano (Humenik, 1994). • Construir plantas desalinizadoras: En estas instalaciones eliminan la sal del agua de mar. Es un procedimiento caro, fuera del alcance de muchos países en vías de desarrollo, pero muy utilizado en regiones áridas, en países como Irán, Omán y Kuwait. • Explotar los acuíferos: Los acuíferos son depósitos de agua en rocas porosas, situadas en el subsuelo, que se extraen mediante bombeo.
Continuación • Incrementar el establecimiento de mejores manejos técnicos del agua que protejan su calidad y cantidad: Se realiza por medio del almacenamiento de aguas subterráneas, control de drenajes y programas de subirrigación, para una producción más eficiente de cultivos. • Desarrollar proyectos de reciclaje de aguas de una manera planificada y controlada (como ya se utiliza en algunos de los grandes edificios en Tokio, Japón): En la actualidad, se dispone de la tecnología que permite tratar aguas efluentes, que cumple los requisitos para transformadas en agua potable. Además, el agua tratada por reciclaje puede utilizarse para satisfacer otras necesidades comunales, como la irrigación de parques, parcelas agrícolas y áreas deportivas. • Prevenir la contaminación de aguas mediante programas públicos y privados: Como el problema del recurso agua normalmente tiene un requerimiento específico por parte de la comunidad, se requieren soluciones que sean aceptadas por las organizaciones comunales. Esto significa recurrir a campañas de divulgación masiva para concientizar a los usuarios, y que utilicen sistemas de explotación agrícola que no contaminen aguas y suelos.
Continuación • Realizar campañas educativas y divulgativas: Que orienten a la población y les brinde un concepto muy claro del ciclo hidrológico, para que comprendan los esfuerzos institucionales que realizan los gobiernos en el manejo racional del recurso hídrico, en las cuencas hidrográficas. Simultáneamente, deben definirse prioridades en los mensajes divulgativos, para que las comunidades comprendan la importancia de manejar adecuadamente recursos escasos.
CONTEXTO SOCIOECONOMICO DEL PROCESO EROSIVO • Los factores socioeconómicos relacionan el incremento en la erosión de los suelos con el incremento en la densidad de población, el tamaño y distribución de fincas agropecuarias, la tenencia de la tierra, el mercadeo de productos agrícolas, y los aspectos culturales y educativos de la población rural. El acelerado crecimiento poblacional incrementa la densidad de personas por área, tanto en regiones urbanas como rurales. • Pero el efecto en regiones rurales tiene un mayor impacto en el uso de la tierra y en sus sistemas de conservación del recurso suelo. Por esta razón, los factores ligados al sector rural se analizan con mayor detalle, ya que su influencia en el proceso de producción agrícola no sólo impacta severamente el deterioro de los suelos, sino que restringe la oferta de productos agrícolas para una demanda cada vez más creciente. Estos factores socioeconómicos son:
I. DENSIDAD DE POBLACION • Cuando existe una alta densidad de población, se genera una alta presión sobre la tierra, que afecta el manejo agrícola, pecuario, forestal y las áreas de reservas en el país, como las áreas recreacionales (parques nacionales y zonas de protección), y sectores bióticos reservados para investigación. También son afectadas las zonas de reservas hídricas, cuyo objetivo es abastecer a la población regional de agua potable y de energía hidroeléctrica. • A mayor crecimiento de la población, se genera una mayor demanda por tierras cultivables. Cuando se agotan las posibilidades de colonizar tierras adecuadas para cultivos, se produce una fuerte presión social orientada a explotar terrenos no aptos para agricultura y ganadería, a pesar de que sean terrenos con pendientes escarpadas o suelos superficiales, ubicados en regiones de alta intensidad pluvial (Figura 1.13).
CRESIMIENTO DE LA POBLACION • Figura 1.13 La población crece, e igualmente crece la demanda poblacional por tierras cultivables. • Dibujo: Rafael Murillo – CEDA – ITCR.
Tamaño y distribución de las fincas agropecuarias • En América Latina es muy frecuente asociar el concepto de tierra con el concepto de terrateniente. Costa Rica, por su tamaño en km2, se ubica dentro de los países pequeños, por su área territorial (51100 km2). Pero esto no excluye que existan terratenientes (personas físicas, corporaciones o grupos de personas protegidas por denominaciones, como sociedades anónimas, u otras formas jurídicamente afines). • Debido a procesos culturales e históricos, la mayoría de las fincas, otrora grandes extensiones (latifundios), se dividieron (y se dividen) en parcelas cada vez más pequeñas, llamadas minifundios. Ejemplos de estos procesos son la herencia de tierras a descendientes, la venta e intercambio de terrenos agrícolas y la organización de grupos sociales desposeídos de tierra, que presionan al Estado para que les otorguen tierras para explotadas mediante sistemas agropecuarios. Los sistemas de uso de la tierra que se dan son los siguientes:
Continuación • En las fincas grandes o latifundios, los propietarios son identificados como terratenientes. Aunque estas fincas no siempre ocupan las mejores tierras de una región, la gran cantidad de tierras bajo este régimen administrativo requiere de una alta inversión monetaria para explotar las tierras agrícolamente, y es subutilizada. Muchas de estas tierras se utilizan bajo la modalidad de ganadería extensiva. Y, a pesar de que existen tierras con adecuado potencial agrícola, muchas no se cultivan (Figura 1.14a).
EJEMPLO DE AREAS DE LATIFUNDIO Y MINIFUNDIO • Figura 1.14 Tamaño y distribución de las fincas agropecuarias: a) Áreas de latifundio en la región norte de San Carlos, Alajuela, b)Fincas de minifundio en la zona norte de Cartago, faldas del volcán Irazú.
La subdivición de las fincas grandes • La subdivisión de las fincas grandes conduce al establecimiento de pequeñas fincas (minifundios). Debido a la excelente calidad de los suelos (como sucede en las faldas del volcán Irazú, en la zona norte de Cartago, en regiones como Zarcero o en las faldas del volcán Poás), se realiza una explotación intensiva del suelo, sin prácticas adecuadas de conservación. La ausencia de colaboración e integración para la evacuación de aguas de escorrentía y una óptima preparación de terrenos entre los dueños de las pequeñas fincas colindantes conduce a un acelerado deterioro de los suelos de las fincas pequeñas (minifundios), situadas en una microcuenca
TENENCIA DE LA TIERRA • La tenencia de la tierra es un enfoque particularmente subjetivo. Se refiere a los terrenos agrícolas cedidos en arriendo o alquiler por el dueño de las tierras. La persona que alquila las tierras tiene interés en obtener la máxima producción de cultivos, con una mínima inversión económica. Esto conduce a un uso intensivo de tierras sin adecuados programas de fertilización, de conservación de suelos y de aguas, lo que resulta en un deterioro difícilmente reversible a largo plazo. Por esta razón, este sistema de tenencia de la tierra se conoce en algunos países de América Latina como esquilme, que literalmente significa "chupar con exceso el jugo de la tierra".
MERCADEO • El mercadeo de productos agrícolas se remonta, a las épocas en que se inició el crecimiento urbano. En esas épocas, ocurrió un aumento en la demanda de los productos agrícolas y pecuarios por parte de personas dedicadas a labores no agrícolas. Ellas se ocupaban de satisfacer la creciente especialización de servicios en la recién nacida sociedad orientada hacia el desarrollo industrial. • El enfoque del problema de mercadeo de productos agrícolas, en el área de conservación de suelos, se centra en la persona del intermediario. El intermediario compra la cosecha en la finca, para revenderla en los mercados de distribución agrícola. Para comprar la cosecha, el intermediario acude al pequeño agricultor, y lo presiona directa o indirectamente mediante sutiles presiones psicológicas y económicas. • La posición del agricultor en el contexto social de su comunidad, la disponibilidad de recursos y mano de obra, y otros factores sociales no cuantificados, le obligan a ceder a las presiones de los intermediarios.
Continuación • El sistema de intermediarios en el trasiego de productos agrícolas funciona libremente en el país, con pocas excepciones, a pesar de las políticas desarrolladas por instituciones gubernamentales para quebrantar su figura, estableciendo las conocidas ferias del agricultor. • Para tener un claro concepto de la cadena de intermediarios en la venta de productos agrícolas, solo baste anotar que ellos ganan más dinero que el agricultor. El precio que pagan al agricultor por un kilo del producto agrícola se incrementa entre 300 y 500, Y a veces hasta 800 por ciento, cuando es adquirido finalmente por el consumidor. Una gran proporción de ese porcentaje queda en los bolsillos de los intermediarios. • Como resultado, los agricultores que cultivan fincas pequeñas (minifundios) no tienen suficiente dinero para invertirlo en programas de conservación de suelos, que protejan su finca del deterioro por erosión.
ASPECTOS CULTURALES Y EDUCATIVOS • El concepto cultural reside en los aspectos de conducta ético-social, ecológica y moral transferidos de padres a hijos. Este legado cultural genera una resistencia al cambio, especialmente cuando los extensioncitas agrícolas incursionan en el contexto agronómico y social del agricultor. La respuesta del agricultor hacia la adopción de nuevas tecnologías en el uso y en el manejo de fincas agrícolas se vuelve muy cautelosa, especialmente en los aspectos orientados a incrementar la productividad por área. Una de las razones básicas reside en la falta de recursos económicos, la ausencia de programas crediticios orientados a impulsar al pequeño agricultor genera temor a perder su único recurso: la tierra. Cuando logra acceder a un crédito bancario, el sistema bancario lo acorrala con intereses altos y amenazas de expropiación. Esto ha sido evidente con algunos pequeños agricultores de Tierra Blanca de Cartago. • Esta resistencia al cambio, por parte de los pequeños agricultores, no es total. Además, el nivel tecnológico que utilizan no es necesariamente bajo: es diferente. Usualmente, están sujetos a pautas establecidas por sus antecesores, pero estas pautas no siempre son prácticas agrícolas que deterioren los suelos aceleradamente.
Continuación • El concepto educativo se refiere a la instrucción formal o académica que recibe un individuo como miembro de una comunidad. Desafortunadamente, desde los primeros años de la década de los cincuenta, el país se desarrolló en forma desordenada. El objetivo básico era lograr una mayor cobertura de la población estudiantil. Así, quienes deciden en el gobierno no tuvieron tiempo suficiente para diseñar y establecer programas adecuados para la instrucción académica en regiones rurales, especialmente enfocadas a una racional explotación de los recursos, entre ellos la conservación de suelos para la producción agrícola. • Otro concepto relacionado con el punto anterior es la disponibilidad de mano de obra: es escasa en las regiones rurales. Como contramedida, las familias rurales propietarias de tierras compensan el efecto, procreando familias numerosas, para tener disponibilidad mediata de mano de obra. En este afán, limitan el acceso a la educación secundaria a sus hijos, especialmente a los varones. El resultado es obvio. A la muerte del padre, la finca será subdividida en parcelas cada vez más pequeñas, para heredar su parte de terreno a los miembros de la prole. •
Continuación • Pero la realidad indica que, a pesar de tantos avatares, el pequeño agricultor posee, intuitivamente, un claro concepto del proceso de deterioro de sus suelos y de los problemas de contaminación de aguas. La contaminación es causada cuando los productos agrícolas (que no son comprados por los intermediarios debido a que tienen lesiones causadas por enfermedades fungosas o bacterianas) son lanzados por el agricultor a la quebrada más cercana. Además, tiene un claro concepto de los problemas derivados del uso excesivo de pesticidas agrícolas para los agricultores" aguas abajo". • Como no existe una labor eficaz de los extensioncitas agrícolas, que oriente al agricultor acerca del problema, y le sugiera mecanismos de manejo y control, el agricultor se decide por la vía más fácil: lanzar los desechos y residuos de pesticidas, incluyendo los envases, al río o riachuelo más cercano. • El profesional en extensión agrícola tampoco merece ser acusado de la responsabilidad asociada a esta problemática. Se intenta aumentar la disponibilidad de los presupuestos estrechos, mediante convenios de asistencia y ayuda internacional con entidades como la FAO (por su nombre en inglés, United Nations Food Organization Alimentation).
Daños directos y inderectos causados por la erosión hidrica • Daños directos: Estos daños son variables que se pueden cuantificar o medir. Algunos daños directos usualmente son de gran magnitud, cuando son catastróficos. Dentro de estas variables, podemos encontrar las siguientes: a) En el grosor del horizonte A. Se calcula la cantidad de suelo perdido, en tha-l año-l , multiplicando la densidad aparente del suelo por el grosor de suelo perdido y el área total. b) Las pérdidas de la fertilidad natural del suelo pueden calcularse cuando se dispone de los análisis de fertilidad que dan la concentración de nutrimentos como nitrógeno (en porcentaje) y de fósforo en partes por millón o miligramos por litro (mg L-l ). Ambas unidades de medición son equivalentes. c) c) Una forma adicional de cuantificar la pérdida de suelos es utilizando modelos de pérdida de suelos, como la ecuación universal de pérdida de suelos EUPS (Wischmeier y Smith, 1978), o el modelo WEPP, por sus siglas en idioma inglés (Water Erosion Prediction Project), o proyecto para predecir la erosión hídrica (Zhang et al, 1996).
Continuación • d) Una forma menos sofisticada de medir erosión incluye la medición de suelo erosionado en surcos y en cárcavas. En este caso, la cantidad medida se convierte en un estimado general del proceso, debido al tamaño y longitud de los surcos, y la magnitud de algunas cárcavas, que impiden una medición precisa. • e) Los daños directos más graves son causados por varios procesos muy agresivos, entre ellos derrumbes, inundaciones y la remoción en masa. Estos daños causan pérdida de vidas humanas, pérdida de cultivos, destrucción de viviendas, deterioro de carreteras y puentes falseados por los ríos que se salen de cauce. Es común que los daños directos se estimen, como pérdidas en cientos o miles de millones.
DAÑOS INDIRECTOS • Son daños causados en el ecosistema que no pueden cuantificarse de una manera clara, pero que ocurren insidiosamente todos los días. También se conocen como daños intangibles. Algunos ejemplos son los siguientes: ∀ • Pérdida de riqueza genética de la fauna: Ante los procesos de tala del bosque y avance continuo del frente agrícola, el banco genético de muchas especies animales disminuye por la muerte de muchos de sus miembros. Cuando esto continúa aceleradamente, se llega a la endogamia y a una condena irreversible de la desaparición de especies. ∀ • Pérdida de especies de flora: Debido a la heterogeneidad del bosque tropical húmedo y a la condición de poca densidad de especies forestales por hectárea, la deforestación puede incidir fácilmente en que algunas especies desaparezcan rápidamente de los ecosistemas forestales. • Pérdida de vida útil de represas hidroeléctricas: La disminución en la capacidad de generar energía debido a los sedimentos que ingresan a las represas por erosión laminar y escorrentía genera mayores costos de producción eléctrica. También eleva los costos de manejo, reparación y limpieza de las represas, especialmente cuan-do son colonizadas por plantas acuáticas.
EJEMPLO DE DAÑO INDIRECTO • Perdida de riqueza geneticas de especies animales
PERDIDA DE ESPECIES DE FLORA • El bosque tropical, es un ecosistema fragil. Las intervenciones no planificadas destruyen su heterogeneidad florística y rompen su complejo equilibrio con el ambiente.
PERDIDA DE LA BELLEZA ESCENICA • LA TALA ACELERADA DEL BOSQUE CAUSA DETERIORO DE LA BELLEZA ESCÉNICA.
AGENTES EROSIVOS Y NIVELES ACEPTABLES DE EROSION • Los agentes erosivos reconocidos como factores socioeconómicos se analizaron previamente. Los factores físicos que promueven procesos erosivos, especialmente enfocado hacia procesos hídricos, se analizarán en el próximo sub-tema. La mayoría de esos agentes son citados usualmente por muchos investigado-res en los sectores de conservación de suelos y aguas (Cabrido, 1984; Gómez Aristizábal, 1982; Hudson, 1971; Schawb, et al, 1990; Zhang, et al, 1996). • El punto principal del análisis es definir cuáles son los niveles aceptables de erosión. El concepto estima la máxima cantidad de suelo que se puede perder por erosión de una parcela, sin sufrir degradación excesiva, a pesar de que se explote agrícolamente en forma continua. Pero las condiciones en los parámetros tienen una variación sustancial o significativa entre las diversas regiones de un mismo país. • El concepto de "las pérdidas tolerables", o niveles aceptables de erosión, manejado objetivamente, puede ser un instrumento valioso en la identificación de problemas erosivos y en la selección de métodos de control para minimizar las pérdidas.
Continuación • Hudson (1973) estima que los niveles aceptables o límites tolerables están en función del proceso de formación de suelos, para una región específica. Por esa razón, si el proceso de formación de suelos es de 25 mm de grosor en 30 años, el nivel tolerable de pérdida sería de 12,5 t ha-l año-l. • Por su parte, Gómez Aristizábal (1982) indica que los grados de erosión natural no deben exceder 1,0 t ha-l año-l , y mantenerse entre valores de 1 a 10 t ha-l año-l , cuando los descriptores se encuentran entre erosión baja a alta. • En realidad, los niveles aceptables de erosión dependen de los procesos de formación de suelos que ocurren en una región. Por lo tanto, la pérdida tolerable depende estrechamente de esos procesos.
ESTABILIDAD ESTRUCTURAL DE SUELOS Y SUSCEPTIBILIDAD A LA EROSIÓN • La estabilidad estructural se refiere a la resistencia que ofrecen las partículas de suelos menores de 2 mm (como arenas, limos y arcillas), agrupadas por agentes cohesivos y cementantes, como los compuestos húmicos, los óxidos de hierro y aluminio y los detritos húmicobiológicos excretados por las lombrices de tierra, luego de pasar por su tracto digestivo. • La estabilidad estructural puede tener una relación estrecha entre el comportamiento de las partículas de suelos ordenadas en un estado de floculación (micro estructura) y el predominio de macro estructura. A pesar de que sobrelleva procesos de deformación y destrucción por el tránsito de maquinaria pesada en su superficie, no sufre cambios importantes en la micro estructura. Las unidades macro estructurales se pueden observar a simple vista o con ayuda de lupas 3X. Las unidades micro estructurales requieren de la ayuda de estereoscopios o microscopios, para observar las sustancias que intervienen (como plasma), dando cohesión a agregados de suelos (Colombia, CENICAFE, 1975; Hanson,1996).
Continuación • El resultado final de estos procesos son unidades de suelos que se denominan genéricamente como unidades estructurales. Las formas más conocidas de estructura del suelo son las de forma granular, migajosa y en bloques angulares y subangulares (Figura 1.18). • La importancia del desarrollo estructural se debe a que la formación de grietas y cavidades entre las unidades son muy importantes para el flujo de agua, la difusión de gases (como el oxígeno y el dióxido de carbono) y el crecimiento de las raíces. Indirectamente, estos procesos favorecen la infiltración de agua de lluvia, disminuyendo la cantidad de agua de escorrentía. Los factores que influyen la resistencia del suelo a la erosión son muy importantes en la conservación de suelos y en el control de contaminación. • La estructura puede ser mejorada, por efectos secundarios derivados de labranza, la adición de materia orgánica al suelo y el encalado. Pero también puede ser destruida por la compactación que produce el tránsito de maquina- ria agrícola en forma indiscriminada, sobre los terrenos agrícolas (Colombia, CENICAFE, 1975).
TIPOS DE ESTRUCTURA DEL SUELO QUE PREDOMINAN USUALMENTE EN EL HORIZONTE A a) Granular arriba b) Sub angular abajo.
FACTORES FISICOS QUE PROMUEVEN LA EROSION • En este subtema se analizan los efectos del clima, en especial los efectos relacionados con la lluvia. Luego, se analiza el efecto de la pendiente o la condición topográfica local, las características del suelo, especialmente relacionadas con aspectos físicos como la compactación, la textura y el desarrollo estructural. Por último, se analiza el factor relacionado con cobertura vegetal. • El clima incluye radiación solar, temperatura, humedad relativa, viento y lluvia. En erosión hídrica, el parámetro más importante es la lluvia. Como Costa Rica se encuentra ubicada en la Zona de Convergencia Intertropical (ZCT), el factor más agresivo es la lluvia, y su descriptor asociado es la erosividad, a través de tres variables: duración, intensidad y frecuencia de los eventos pluviales. Otras características intrínsecas de la lluvia son dos hidrodinámicas, que incluyen el tamaño de las gotas y su velocidad terminal.
Continuación • Usualmente, su tamaño oscila entre 1 y 3 milímetros de diámetro, pero pueden alcanzar diámetros máximos de hasta 5 y 7 milímetros, cuando la intensidad de la lluvia se incrementa (Hudson, 1971; Schawb, et al, 1990). • La velocidad terminal se refiere a que un cuerpo en caída libre se acelera por la fuerza gravitacional, hasta que la resistencia ofrecida por la fricción del aire se equilibra con la fuerza de atracción ejercida por la gravedad terrestre. Al llegar al punto de equilibrio, su velocidad permanece constante. Esto se denomina velocidad terminal, y depende del tamaño y de la forma del cuerpo que cae, sujetas a las condiciones atmosféricas y de atracción gravitacional del planeta. • Ploey y Gabriels (1980), con base en las mediciones realizadas por Laws en 1941 y Gunn y Kinzer en 1949 (Ploey y Gabriels, 1980), establecen una relación entre el diámetro de gotas (o valor D) en milímetros y la velocidad terminal (o valor V) •
En el caso de las gotas de lluvia, la máxima velocidad terminal que pueden alcanzar las gotas de lluvia es de 9,2 m s-l , cuando tienen un diámetro de 6,0 milímetros, como se indica en el Cuadro 1.2.
Continuación • La lluvia es el factor determinante en los procesos de erosión hídrica. Su caracterización física, a través de los parámetros indicados de intensidad, duración y frecuencia, ha permitido que algunos investigadores definan el umbral de intensidad donde la lluvia se considera erosiva. Así, algunos investigadores estiman que todo evento pluvial con intensidad menor de 25 mm h-1 no es erosivo (Hudson, 1971). Algunas mediciones realizadas en el trópico húmedo indican que las lluvias con intensidad (130) mayor de 5 milímetros son erosivas. Pero las que tienen una intensidad menor de 5 mm, para 30 minutos de intensidad, no lo son (Cortés,1991). • El suelo tiene algunas características básicas que contribuyen a que el proceso erosivo se acelere. Seis de las más importantes son: • 1. Compactación: El trasiego indiscriminado de maquinaria agrícola en los campos de labranza compacta los primeros 10 a 30 centímetros de suelo, y en ocasiones a profundidades mayores, sellando mesoporos y macroporos. Esto impide una infiltración adecuada del agua de lluvia, favoreciendo la escorrentía y el arrastre de las partículas finas del suelo, especialmente limo y arcillas.
características básicas que contribuyen a que el proceso erosivo se acelere • Compactación • Textura • Estructura • Densidad aparente • Topografía • Cobertura vegetal 1. Compactación. Compactación: El trasiego indiscriminado de maquinaria agrícola en los campos de labranza compacta los primeros 10 a 30 centímetros de suelo, y en ocasiones a profundidades mayores, sellando mesoporos y macroporos. Esto impide una infiltración adecuada del agua de lluvia, favoreciendo la escorrentía y el arrastre de las partículas finas del suelo, especialmente limo y arcillas.
Continuación • Si la compactación es superficial, debido al impacto de las gotas de lluvia por dispersión de las partículas finas del suelo (limas, arcillas y arenas finas), se forma una costra delgada de 0,1 milímetro de espesor como estrato impermeable, y una zona de hasta cinco milímetros de partículas finas con mayor compactación que los estratos que continúan hacia abajo. • 2. Textura2. Textura: Los suelos con altos contenidos de limo son más vulnerables a la erosión que los que tienen altos contenidos de arcilla o de arena. En el caso de altos contenidos de arcilla, el suelo puede presentar estructura en bloques subangulares, fuerte en desarrollo, lo que lo hace resistente a la erosión pluvial. Pero también puede ser estructuralmente masivo, con poca porosidad y poca velocidad de infiltración de agua en el suelo, lo que favorece la escorrentía. • Los suelos con altos contenidos de arena fina, media o gruesa pueden resistir el impacto de las gotas de lluvia. Pero si el suelo se satura con agua, las partículas son arrastradas con el agua de escorrentía, por saltación.
Continuación • 3. Estructura:Estructura: Un adecuado desarrollo estructural del suelo favorece la infiltración y disminuye la escorrentía. Esto ocurre en suelos franco arcillosos, franco arcillo limosos, arcillosos y arcillo limosos. • 4. Densidad aparente y porosidadDensidad aparente y porosidad: Los suelos con alta densidad aparente tienen menor porosidad. Sin embargo, lo que realmente interesa en la porosidad es el predominio de mesoporos y macroporos, que promueven la infiltración. Esto evita que el suelo se sature rápidamente con agua. • 5. TopografíaTopografía: Si se incrementa la pendiente en una región, normalmente aumenta la velocidad de escorrentía del agua de lluvia, y se incrementa la erosión. Adicionalmente, cuanto mayor es la longitud de la pendiente, habrá mayor vulnerabilidad del suelo (Cortés, 1991; Mitchell y Bubenzer, 1980). Un factor adicional que genera mayor pérdida de suelo por erosión es la forma de la pendiente. Hay dos formas: convexa y cóncava. Por el modelado fisiográfico, la erosión es mayor en pendientes convexas.
Continuación • 6. Cobertura vegetalCobertura vegetal: La cobertura se refiere a las especies vegetales que crecen en una región o en una parcela. Su follaje, la densidad de siembra, la etapa de crecimiento y su estructura arquitectónico foliar protegen el suelo del impacto directo de las gotas de lluvia. Simultáneamente, sus raíces favorecen la retención del agua y regulan el flujo o la velocidad de escorrentía, especialmente en áreas de laderas, ya que constituyen un obstáculo que disipa la energía del agua que escurre. • Las etapas de crecimiento y la estructura foliar son muy importantes en parcelas bajo uso agrícola. Las plantas tienen cuatro etapas básicas: germinación, desarrollo, producción, y senectud o muerte. Cada una tiene períodos variables de tiempo, de acuerdo con la especie. También tienen diferente estructura foliar. Un análisis breve permite identificar mejor el efecto de la cobertura de cultivos hortícolas: • Los cultivos de papá tienen un follaje denso, con hojas compuestas y grandes, que protege efectivamente el suelo después de 40 días, en un 80-100 por ciento. Los cultivos de zanahoria y remolacha también tienen un follaje denso en la etapa de crecimiento y producción, no tanto por su biomasa foliar sino por su densidad de siembra, lo que les permite ser eficientes en cobertura. Pero los cultivos de cebolla, con una arquitectura foliar de hojas semicirculares, delgadas y alargadas, que se originan del bulbo, no dan cobertura al suelo ni en un 20 por ciento. • Con base en los factores físicos, se hace un desglose en variables activas y pasivas. Las pasivas son las que, durante un ciclo de cultivo, no sufren modificaciones en el suelo, como textura, estructura, densidad aparente y porosidad.
EROSIVIDAD y ERODABILlDAD • La erosividad es resultado de la lluvia que causa erosión de suelos por el efecto directo de sus características físicas como la intensidad, la duración y la frecuencia del evento pluvial, sumado a las características hidrodinámicas de las gotas de lluvia. Se define como "...la habilidad potencial de la lluvia para causar erosión" (Hudson, 1971). La erosividad depende de la energía cinética asociada a la intensidad de la lluvia. • La erodabilidad es "...la susceptibilidad de los suelos para ser erosionados por agentes externos", entre ellos la lluvia (Hudson, 1971). La erodabilidad de los suelos depende de sus características físicas y del manejo que se da a estos, en cuanto a cultivos y terrenos. Puede evitarse utilizando sistemas de manejo de suelos que incrementen su cobertura superficial con cultivos, con desechos de cultivos o con sistemas de manejo alternas (como agroforestería), que pueden proteger parcialmente el suelo del impacto directo de las gotas de lluvia. También, puede evitarse con sistemas de protección de tierras, como cultivos en contorno, y sistemas de cultivos en terrazas. • La erodabilidad se puede controlar o disminuir, reforzando algunas características físicas del suelo que incrementen su resistencia a ser desplazados o erodados. Esto, a su vez, mejora su capacidad de infiltración de agua. Se puede lograr con la aplicación de abonos orgánicos, la labranza con arado de cincel y la labranza profunda, para romper capas o horizontes del subsuelo compactadas.
BENEFICIOS DERIVADOS DE LA C. S. A. • Se pueden describir con base en sistemas de uso y manejo de suelos que anulen los daños que causa la erosión tanto directa como indirectamente. ∀ • El primer beneficio lo produce el uso de sistemas de conservación de suelos en áreas planas, con suelos profundos y adecuado abastecimiento de agua para los cultivos. ∀ • El beneficio final necesariamente incrementa la productividad de las parcelas dedicadas a cultivos agrícolas, siempre que se mantengan sistemas de control de drenajes y de fertilización en las parcelas. Además, estas estrategias de conservación garantizan que la pérdida de nutrimentos por lavado disminuya significativamente, en tanto se mantiene un adecuado contenido de materia orgánica del suelo, importante para el reciclaje de algunos nutrimentos como nitrógeno, fósforo y azufre. En cierta manera, esto contribuye a reducir los costos de fertilización (Colombia, CENICAFE, 1975; Costa Rica, MAG,1994). ∀ • El segundo beneficio es el control de pesticidas que se aplican a los cultivos. Si el agricultor se ajusta a las especificaciones indicadas en las etiquetas de los productos para las normas de aplicación y los controles de desechos, los problemas de contaminación de suelos, ríos estanques y represas disminuyen significativamente.
Continuación ∀ • El tercer beneficio consiste en la protección de áreas que circundan las represas, mediante siembra de árboles y diseño de sistemas que capturen los sedimentos de suelos arrastrados por las aguas de escorrentía. El Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), en la represa de Arenal, realiza esta Función. Esto significa una mayor vida útil de las represas y un mejor ambiente acuático para especies piscícolas. • El cuarto beneficio, cuando se realizan programas de conservación de suelos en sectores regionales donde predominan fincas pequeñas, es evitar el deterioro de las fincas vecinas, ladera abajo. • Un quinto beneficio son los denominados beneficios intangibles. Son acciones que favorecen a las comunidades presentes y futuras. Incluyen la regulación de la cantidad y calidad de aguas para aprovechamiento humano e industrial y la protección de asentamiento s humanos de avalanchas, desplomes y deslizamientos, la conservación de vías de comunicación y una mejoría en las condiciones ecológicas regionales que ayudan a preservar la fauna, la flora y algunos de los microorganismos benéficos en la región de actividad biótica del suelo (Colombia, CENICAFE, 1975; Costa Rica, MAG,1994).
TEMA II: ESCORRENTÍA SUMARIO  DEFINICIÓN DE ESCORRENTÍA Y CONCEPTO DE CUENCA HIDROGRÁFICA  EL PROCESO DE ESCORRENTÍA  FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE ESCORRENTÍA  TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (VALOR Tc).  CALCULO DE LA ESCORRENTÍA.  CAPACIDAD HIDRÁULICA DE LAS ESTRUCTURAS DE CONSERVACIÓN DE SUELOS.
INTRODUCCIÓN • La escorrentía es un proceso de suma importancia en cualquier programa orientado hacia la conservación de suelos. Conociendo las variables de los suelos y las variables físicas relacionadas con la atmósfera, se pueden seleccionar sistemas de evacuación del exceso de agua de lluvia, de la parcela • El dominio del cálculo de la escorrentía, combinado con la versatilidad de diseñar las estructuras básicas de conservación de suelos, como canales guardia y zanjas de drenaje, permite su construcción. Estas estructuras se diseñan con una capacidad hidráulica suficiente para evacuar los excesos de agua a largo plazo, 10, 15 años. Esto se conoce hidrológicamente como períodos de retorno.
OBJETIVOS • Al finalizar el estudio de este Tema, el estudiante deberá estar en capacidad de:  Aplicar el proceso de escorrentía dentro de las cuencas hidrográficas y los parámetros atmosféricos y de suelos, asociados al proceso.  Calcular los coeficientes de escorrentía dentro de una cuenca hidrográfica, y evaluar los coeficientes del agua de escorrentía (valor Qe) versus la capacidad de evacuar esa agua de escorrentía de las parcelas (valor Qc).
DEFINICION DE ESCORRENTIA Y CONCEPTO DE CUENCA HIDROGRÁFICA • Es la cantidad del agua de lluvia que excede la capacidad de infiltración del suelo. Si la lluvia caída supera esa capacidad, el exceso escurre hacia arroyos, quebradas, ríos, lagos y océanos. Para realizar cálculos matemático-hidrológicos, el proceso de es correntía normalmente se considera asociado a una cuenca, denominada área de captación de la lluvia. • Una cuenca hidrográfica es una porción de terreno delimitada geográficamente por divisorias de aguas, que corresponden a las cimas de las colinas o las montañas que rodean los terrenos y sus componentes coluvioaluviales, ladera abajo.
Nacientes de agua Areas Protegidas/ Biodi. Bosques y producción
Delimitación topografica de cuencas con divisorias de aguas. • Entre ellos, se incluyen patrones geológicos locales y modificaciones sufridas en la superficie del terreno por procesos fluviales y tectónicos, que se pueden interpretar en mapas cartográficos o fotografías aéreas, mediante análisis fisiográfico (Figura 2.1).
Accidentalmente, el basamento geológico de una cuenca puede alterar la escorrentía de una cuenca, aumentándola o disminuyéndola. Esto puede inferirse de la Figura 2.2, en la que parte de la lluvia caída al este de la cuenca es interceptada por el buzamiento este-oeste de estratos geológicos impermeables. Bajo esta condición, la escorrentía favorece la cuenca situada al oeste, como indica la flecha del diagrama. El análisis individual o comparativo de los procesos fluviales y coluvio-aluviales permite delimitar, mediante análisis fisiográfico, la cuenca en estudio. • DIVISORIA TOPOGRÁFICA y GEOLÓGICA. Efecto de la • geología en la captación de agua en una cuenca.
Continuación El mecanismo para segregar cuencas fisiográficamente se basa en que la mayoría de ellas tienen diferentes relieves, patrones climáticos y diferentes materiales parentales o sus combinaciones estadísticas, incluyendo características diferenciadoras adicionales (como su orientación geográfica, el uso de la tierra, su altimetría y su forma: Ovalada, alargada, o de simetría casi cuadrada). Relieve, clima, fisiografía y geología pueden evaluarse cuando se dispone de los siguientes datos:  Relieve: Hojas cartográficas de Costa Rica, escala 1:50 000.  Clima: Especialmente lluvia. La información se obtiene de los registros de lluvia de las estaciones meteorológicas más cercanas al área de estudio, recopilados por el Instituto Meteorológico Nacional.  Material parental: Se obtiene de hojas cartográficas que contienen información geológica o geomorfológica. En Costa Rica, existe bastante información confiable al respecto.  Orientación geográfica: Hojas cartográficas de Costa Rica.
Continuación   Uso de la tierra: Existen pocos mapas confiables en este país al respecto. Se requiere una inspección preliminar del terreno en que se desea determinar el uso de la tierra, y aplicar el sistema de clasificación de tierras del Servicio Nacional de Conservación de Suelos y Aguas (SENACSA), a los terrenos sujetos a evaluación técnica.   Altimetría y forma de la cuenca: Puede calcularse la altimetría con las curvas a nivel insertas en las hojas cartográficas. La forma de la cuenca se puede delimitar identificando las divisorias de aguas (como se ilustra en la Figura 2.1), apoyándose en las curvas a nivel de las hojas cartográficas de Costa Rica en escala 1:50 000. • Dos formas típicas de cuencas segregadas con la metodología indicada son la oval redondeada y la alargada o rectangular (Figura 2.3). La forma permite evaluar si las cuencas de forma oval o alargada son compactas o no. El coeficiente de cuenca compacta se determina con una relación matemática entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo de área equivalente. El objetivo para determinar este coeficiente es conocer el riesgo de inundación por desbordamiento de ríos, dentro de la cuenca (Calvo, 1996). Si la cuenca es compacta, el coeficiente tiende a uno o a un número menor que uno. Si no lo es, el valor crece, y siempre es mayor que uno.
DETERMINAR LA FORMA DE LA CUENCA ES IMPORTANTE • Cuencas alargadas el tiempo de concentración (o tiempo en el cual se produce escorrentía en el punto de salida de la cuenca) demora más tiempo que en las cuencas oval redondeadas, rectangulares o de formas cuadradas (Hudson, 1971). Esto es, son menos compactas (Figura 2.3). • FORMA DE LAS CUENCAS: a) Oval redondeada, • b) Alargada. La forma oval redondeada es más compacta que la alargada.
EL PROCESO DE ESCORRENTÍA • El agua de lluvia satisface inicialmente las demandas hídricas del suelo y el ambiente atmosférico que rodea los cultivos: temperatura, humedad relativa, lluvia, radiación solar y viento. Por efecto de las cinco variables citadas, se produce la transpiración de las plantas vía estomas y la evaporación del agua de la superficie del suelo. Simultáneamente, ocurre infiltración de agua en el suelo, parte de la cual se almacena en sus horizontes o estratos; dependiendo de su textura, estructura, tipos de poros y contenido de materia orgánica. • Cuando la precipitación pluvial ha cubierto todas las demandas, ocurre la escorrentía superficial. El proceso se desarrolla así: • Inicialmente, se forman pequeños empozamientos en diferentes sectores del terreno, especialmente en áreas microdepresionales de laderas (sean de cultivos, de pastos o de áreas forestales). • Cuando el exceso de lluvia supera la capacidad de almacenamiento del suelo, el agua fluye en sentido longitudinal de la pendiente (aguas abajo). El exceso de agua que desborda los sectores microdepresionales y que fluye hacia cauces más bajos se denomina agua de es correntía.
FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE ESCORRENTIA • Existen dos factores generales que afectan el proceso de escorrentía: la lluvia y la cuenca (Luque, 1981). La lluvia • La lluvia influye en el proceso de escorrentía debido a tres características: intensidad, duración del evento y distribución geográfica dentro de la cuenca. Esto afecta la proporción entre la cantidad de agua que ha caído por acción de las tormentas y el volumen total de es correntía registrado en el punto de aforo, en la salida de la cuenca. • El total "de escorrentía está ligado a la duración de las tormentas. Para una intensidad específica, se generan las siguientes condiciones para la lluvia:   Infiltración: Es el ingreso vertical descendente del agua de lluvia a través de la superficie de un suelo no saturado con agua. Decrece con el tiempo de registro de una tormenta. Es influenciada por las propiedades físicas del suelo: textura, estructura, contenido de materia orgánica, grado de humedad inicial y presencia de grietas causada por la condición mineralógica de suelos que tienen arcillas 2:1 expandibles. También es influenciada por la presencia de canalículos remanentes a causa de raíces muertas, cuya mineralización y humificación deja espacios huecos en el suelo (usualmente macroporos).
La infiltración se produce bajo las siguientes condiciones: • Cuando llueve, ingresa agua al suelo. Sus poros, especialmente mesoporos y microporos, se llenan de agua en forma paulatina. Cuando todo el sistema poroso del suelo se satura (incluyendo macroporos), el exceso de agua escurre en sentido de la pendiente, o se empoza, si el relieve es plano o plano cóncavo. • - Si en la cuenca se mantiene la misma intensidad de lluvia, y se duplica o triplica el tiempo de duración de la tormenta, en los terrenos de ladera se produce escorrentía, y en los terrenos planos se forman encharcamientos. Para este modelo, se asume que toda la cuenca recibe la misma intensidad pluviométrica. • Intensidad pluviométrica: Una tormenta de alta intensidad pero de corta duración no necesariamente produce escorrentía. Si la produce o no, dependerá del tiempo de duración de la tormenta, de la capacidad de infiltración del suelo y del área, o tamaño de la cuenca.
TAMAÑO DE LA CUENCA • Tamaño de la cuenca: La cuenca del río Parrita es una cuenca grande en Costa Rica. Abarca aproximadamente 130 000 hectáreas. Se inicia en las faldas del Cerro Buena vista o Cerro de la Muerte, y concluye en la población costera de Parrita, en el Pacífico Central. • Una tormenta de alta intensidad y corta duración, localizada geográficamente dentro del área de la cuenca, en los alrededores del pueblo de Bijagual de Acosta, no necesariamente origina un volumen de escorrentía importante dentro del área total de la cuenca. Bijagual de Acosta se encuentra a pocos kilómetros de distancia del punto de drenaje principal de la cuenca del río Parrita, o su desembocadura en el mar. Pero si llueve con igual intensidad en toda la cuenca, se produce un volumen de escorrentía mayor. Cuando esto ocurre, se presentan condiciones desastrosas en la planicie aluvial-costera de Parrita, causando inundaciones. • Este enfoque, que se refiere al área de la cuenca y los eventos pluviales que la afectan parcial o totalmente, se visualizan en la Figura 2.4.
DISTRIBUCIÓN DE LA LLUVIA EN UNA CUENCA • a) Una tormenta puede cubrir parte de la cuenca (área sombreada), pero no causa el máximo de flujo. • b) También puede cubrir toda la cuenca, lo que siempre causa la máxima escorrentía
Continuación • RELACIÓN ENTRE INTENSIDAD DE LLUVIA Y TIEMPO.
Relación entre intensidad de lluvia y tiempo  Si dos suelos tienen una capacidad similar para infiltrar agua de lluvia y se compara una intensidad pluviométrica de 60 mm/h, durante un período de tiempo de 20 minutos, con una lluvia de baja intensidad (23 mm/h) e igual tiempo, la escorrentía será mayor en los suelos sujetos a una mayor intensidad pluvial • También puede darse el caso de una tormenta de alta intensidad (70 o más mm/h), pero de corta duración (cinco minutos), y no necesariamente produce escorrentía máxima. Que esta se origine o no depende de la forma y del área de la cuenca, y del área que cubre el evento (tormenta) en la cuenca (Hudson, 1971).
Distribución lluvia e intensidad Así se generan algunos modelos para diferentes intervalos de tiempo, que relacionan intensidad de lluvia y cuenca geográfica. Ellos son: • - Que abarque el área de la cuenca parcialmente (40 por ciento), con una intensidad alta, pero que en el resto del área de la cuenca no llueva. • - Que la distribución de la lluvia abarque toda la cuenca, y la intensidad de la lluvia sea alta, esto es, mayor de 70 mm por hora (Figura 2.4b). • -Que abarque algunos sectores del área de la cuenca con alta intensidad pluviométrica, y otros con baja o nula intensidad. • -Que abarque sectores del área de la cuenca con intensidad intermitente y distribuidas irregularmente en el tiempo • -Que la distribución de la lluvia abarque toda la cuenca, pero con una intensidad débil. • Independiente de los eventos de tormenta que ocurren en una cuenca y de la distribución pluviométrica, condicionados por la condición geográfica u orográfica, el proceso de escorrentía en una cuenca se puede complementar con otros parámetros, de la siguiente forma:
Contaminación   Al inicio de una tormenta existe un flujo base, que es el aporte de agua subterránea de tormentas previas al caudal de los ríos. Si no ocurren lluvias en la cuenca, el flujo base disminuye paulatinamente con el tiempo.   Luego de que se inicia una tormenta, existe una etapa transicional en la que predomina la intercepción de la cobertura vegetal y la infiltración de agua en el suelo. En esta etapa, la escorrentía superficial no se manifiesta. La etapa finaliza cuando una cantidad de agua que escurre superficialmente alcanza el punto de salida, o el cauce del drenaje principal de la cuenca.   La curva de pérdidas de agua de la cuenca ocurre cuando se excede la capacidad de interrupción foliar de la vegetación y la capacidad de infiltración del agua en el suelo   Luego de iniciada la escorrentía superficial, se inicia la curva de ascenso de la escorrentía, que alcanza un caudal máximo (caudal pico), con base en el tiempo de concentración   Después de alcanzar el caudal máximo, hay una disminución del flujo de escorrentía, hasta que la curva de recesión se iguala con el flujo base.En todos los períodos (ascenso, caudal máximo y recesión) el proceso mediante el cual infiltra agua en el suelo es activo. Por esta razón, el nivel de agua subterránea aumenta el flujo base de la cuenca, incrementándose al final de la tormenta.
La cuenca • La cuenca también afecta el volumen de escorrentía, debido a las siguientes características: • .Forma y tamaño: Como se indicó previamente, las cuencas oval redondeadas, redondas o de formas cuadrangulares son más compactas que las cuencas encajonadas a lo largo del cauce o río principal que drena la cuenca (que tienen forma más o menos rectangular). Como resultado, en las cuencas alargadas y angostas el volumen de escorrentía es menor que en las compactas, en función de áreas similares. • La justificación de un mayor o menor volumen de escorrentía se atribuye a la forma de la cuenca y a la tormenta que cae dentro de ella. Si el eje mayor de la cuenca es paralelo al curso de la tormenta, se produce mayor escorrentía que si el curso de la tormenta es transversal, porque no cubre toda la cuenca. Se considera, para esta condición hipotética, que la intensidad pluvial es similar.
Graficos de tormenta y escorrentia. • Además, como las tormentas se desplazan en función de diferencias de presión atmosférica y de condiciones orográficas, se da la siguiente situación. Si una tormenta se desplaza hacia la parte superior de una cuenca, causa menor escorrentía que las que se desplazan desde la parte superior hacia la parte inferior de la cuenca, asumiendo intensidades pluviométricas similares (Hudson)
El fenómeno se explica de la siguiente manera: • - Si la tormenta se desplaza hacia la parte superior de la cuenca (pendiente arriba), las gotas de lluvia que caen en el frente de avance de la tormenta demoran cierto tiempo (minutos u horas) en alcanzar el punto de drenaje o de salida de la cuenca. • - Si la tormenta se desplaza pendiente abajo de la cuenca, las gotas de lluvia que caen en el frente de avance de la tormenta demoran cierto tiempo (minutos u horas) en alcanzar el punto de drenaje o de salida de la cuenca. Pero se le suma la es correntía acumulada en la parte superior de la cuenca, lo cual acorta el tiempo para alcanzar el punto de salida o drenaje principal de la cuenca, por un efecto de recarga hídrica superficial o sub superficial.
ORIENTACIÓN Y TOPOGRAFÍA DE LA CUENCA Las cuencas pueden estar orientadas hacia el sur, norte, este u oeste, o sus integrados cardinales: nornordeste, nornoroeste, etcétera. • En cuanto a topografía, esta puede ser accidentada, abrupta o escarpada, como son descritas en forma general, o pueden describirse técnicamente por sus categorías de pendiente como terrenos planos (0-3 por ciento de pendiente); ondulados (15 a 30 por ciento de pendiente) o escarpados (50 a 75 por ciento de pendiente). • Ambas variables (orientación y topografía) interrelacionan causando una mayor o menor es correntía en las cuencas, en función de otras variables ligadas al desplazamiento de la tormenta y las características de la lluvia, como intensidad, duración y frecuencia. • El porcentaje de humedad del suelo: Si al momento de ocurrir una tormenta el suelo está seco, o tiene un porcentaje de humedad muy bajo, tendrá mayor capacidad de absorber agua. Cuando el suelo está húmedo o casi a capacidad de campo, y ocurre una tormenta, el suelo se satura rápidamente, favoreciendo el proceso de escorrentía.
MÉTODOS PARA EL CÁLCULO DE LA ESCORRENTÍA • La cantidad de escorrentía de una cuenca, o de un área parcial dentro de ella, está determinada mayoritariamente en función de las condiciones de textura y estructura del suelo. También tiene gran influencia el relieve local, las características de la lluvia, la condición geológico-estructural de la cuenca, la cobertura de la vegetación natural y el diseño geométrico-espacial de los sistemas de explotación agropecuaria o forestal: cultivos, pastizales para ganadería, o sectores de explotación forestal. Teniendo presente estos factores, se analiza uno de los métodos más utilizados para el cálculo de escorrentía: el método racional.
METODO DE COOK • En la década de los años 50, Cook (citado por Hudson, 1971) Y Eppkin (1983) evalúan el método conocido como a w, pronunciado como "sigma W", donde la letra griega a representa estadísticamente una sumatoria de valores, y W se refiere a la palabra watershed del idioma inglés, que significa cuenca. • El método de Cook corresponde a la sumatoria porcentual, expresado en forma decimal, asignadas para el relieve, la infiltración del agua en el suelo, la cobertura vegetal y el almacenamiento superficial del agua. Siempre conserva su condición adimensional (Hudson, 1971; USo SCS, 1953 y Eppkin, 1983). • • En este método, la sumatoria de los parámetros permite obtener, con la ayuda de un nomograma, el pico máximo de descarga en m3 s -1, en función del área en hectáreas, para un tiempo de retorno pluviométrico de 50 años (cuando las áreas evaluadas son menores de 500 hectáreas) (US. CSS, 1953).
METODO RACIONAL • Para estimar la es correntía de una cuenca, o de una región situada dentro de ella, existen varios métodos. El de mayor uso en el mundo después de la década de los años 30 de este siglo, ha sido el método racional (Ramser, 1927). Este investigador estableció un método simple para estimar la es correntía, con base en la siguiente fórmula: Q= ____ C I A ____ 360 • La simbología de la fórmula corresponde a: • Q = Volumen o caudal de escorrentía, en metros cúbicos por segundo • C = Coeficiente de escorrentía (adimensional). Usualmente es indicado • en las fórmulas de resolución de problemas, en forma decimal. Esto es: 10 % equivale a 0,1 • I = Intensidad de la lluvia en mm por unidad de tiempo • A = Área de la vertiente o cuenca, en metros cuadrados
Continuación • El método fue originalmente diseñado para el sistema de unidades inglesas. Debería ser conocido como un método anglo-norteamericano, debido a que el desarrollo científico y tecnológico de los Estados Unidos de América en el área de la conservación de suelos, diseminó en el planeta el sistema sajón, para las mediciones de longitud, volumen y área. • En el sistema de unidades inglesas, el valor C (coeficiente ligado a pendiente, textura, cobertura vegetal, infiltración y retención hídrica por el suelo) es adimensional. Ese valor C, en el sistema internacional de unidades (SI), también es adimensional. Simultáneamente, el valor 1 (intensidad de la lluvia) se incluye en la fórmula original, en pulgadas por hora, mientras el valor del área de la cuenca (valor A), o sus subáreas, denominados sectores parciales, se especificaba en acres. Actualmente, los valores de intensidad de lluvia y área se describen en milímetros y en hectáreas. • El método racional, readecuado para el sistema internacional de unidades (SI), permite calcular la escorrentía máxima de una cuenca con base en la ecuación
Continuación Q= CIA 360 que es equivalente a: Q= 0,0028 CIA • Para ambos sistemas de unidades, la simbología es: • Q = Razón de la escorrentía máxima de diseño • C = Coeficiente de escorrentía de la cuenca, o de un sector evaluado dentro de una cuenca • I = Intensidad de lluvia para un período de retorno y para un período de tiempo, igual al tiempo de concentración de la cuenca • A = Área de la cuenca • El divisor 360 (1_= 0,0028, redondeado) es una constante que convierte la ecuación original a las 360 unidades del Sistema Internacional. • En el Sistema Internacional de Unidades (SI), las unidades son: • Q = Caudal en metros cúbicos por segundo, expresado en m3 S-1 • C = Factor adimensional. Corresponde al factor de escorrentía, ponderado mediante el uso del Cuadro 3.6. Puede ser convertido a una fracción decimal • I = Intensidad de la lluvia, registrada en milímetros por hora (mm h-1 ) A = Área en metros cuadrados o en hectáreas
Continuación • Para obtener el coeficiente de escorrentía o valor C, Ramser (1927) inicialmente propuso una serie de valores deducidos empíricamente de investigaciones realizadas en varias cuencas. Posteriormente, el valor C fue definido como la relación entre el grado de máxima escorrentía en una cuenca y la intensidad de la lluvia (Schwab el al, 1990). • Las investigaciones posteriores en cuencas pequeñas para un solo cultivo demostraron que los efectos fundamentales de la escorrentía estaban ligados al grado de infiltración de la cobertura vegetal y de la intensidad de la lluvia. Así, Horn y Schwab (1963) definen una serie de coeficientes C para cuencas agrícolas, con base en la conducta hidrológica de los suelos, que agrupa la condición textural en cuatro tipos de suelos, en relación con su potencial de escorrentía. En este libro no se indica esa condición textural, pero el enfoque incluye la cobertura vegetal, los índices pluviométricos y el sistema de siembra de los cultivos (Horn y Schwab, 1963).
Continuación • En 1966, el método de Cook es reajustado por el Departamento de Conservación de Suelos de los Estados Unidos de América. La principal modificación es que, en lugar de estimar la tasa de escorrentía, estima el volumen (Schwab, et al, 1966). Para 1972, este método es conocido como el Método de las tierras altas (Schwab, et al, 1990). • Este método funciona bajo el supuesto de que la lluvia cae con una intensidad uniforme y una duración por lo menos igual al tiempo de concentración de la cuenca. Se asume que la lluvia cubre la cuenca totalmente. Si se cumplen es-tos supuestos, la lluvia y la escorrentía de la cuenca se representan gráficamente (Figura 2.6).
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TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (VALOR Tc) • El tiempo de concentración para una cuenca (Tc) es el tiempo teórico que demora una gota de agua que cae en el sitio más alejado del punto de salida final de la cuenca, luego de que el suelo y las microdepresiones cóncavas del relieve se saturaron con agua. • Descrito en forma práctica, es cuando la primera cantidad de agua de lluvia que ingresa a la cuenca (mientras ocurre una tormenta de alta intensidad) llega al sitio de drenaje principal de la cuenca luego de que el suelo se ha saturado, y el agua que llena las depresiones de las laderas se derrama. En este punto se alcanza el tiempo de concentración o valor Tc (Figura 2.6). • Se desarrollaron más de 66 fórmulas para calcular el tiempo de concentración (Tc). En la mayoría de esas fórmulas se asume que todas las partes de la cuenca, o del sector evaluado, aportan el agua que sale por la sección principal de drenaje de la cuenca, o del sector evaluado (Chow, 1962).
Continuación • De todas esas fórmulas, Kirpich (1940) desarrolló uno de los métodos de mayor aceptación en el área de ingeniería de aguas y suelos, para calcular el tiempo de concentración o valor Tc de una cuenca. La fórmula, redondeada a dos decimales para el primer término, es la siguiente (Hudson, 1971): Tc = 0,02 x L0.77 x S -0..385 La siguiente fórmula también es equivalente (Eppink, 1983): Tc = 0,02 (L0.77 ) 0.77 S0.5 • Otra fórmula que ofrece resultados similares es la de Chow, citado por Eppink (1983). La fórmula es: Tc = 0,07( L ) 0.64 S 0..5
Continuación • Normalmente, los resultados obtenidos con la fórmula propuesta por Chow (1962) exceden en un 10 a 15 por ciento los valores obtenidos con la fórmula de Kirpich (1940). Pero cuando se sobreestima el tiempo de concentración con bajos valores porcentuales, se considera que se agrega un pequeño margen de seguridad en el diseño de estructuras para proteger el suelo de escorrentía y sus concomitantes procesos erosivos. • Igualmente, se agrega ese pequeño margen de seguridad si se calculan los tiempos de concentración por ambos métodos, y se obtiene un promedio (Eppink, 1983). • La simbología utilizada en las fórmulas anteriores es la siguiente: • Tc = Tiempo de concentración en minutos • L = Longitud máxima de la corriente en metros • S = Diferencia de altura entre el punto más remoto o alejado de la cuenca y el punto de salida del agua de la cuenca (m/m)
Continuación • Conviene reflexionar cuidadosamente respecto al cálculo del tiempo de concentración que se da en una cuenca (valor Tc). Los siguientes párrafos incluyen los factores o variables asociadas con las cuencas, que determinan parcialmente el valor final de tiempo de concentración (Tc) determinado para una cuenca. Para cualquier cuenca sometida a análisis, el parámetro Te depende de:   Las características fisiográficas, geomorfológicas y geológicas de las cuencas. . Las condiciones estructurales y texturales de los suelos.   La cobertura vegetal y el contenido de materia orgánica de los suelos.   La pendiente general del terreno.   La intensidad de la lluvia y el período de retorno permiten calcular la intensidad crítica de diseño en milímetros por hora para un evento pluviométrico (tormenta) y un período de retorno dado. Las intensidades críticas calculadas varían con el tiempo de retorno, lo cual es evidente de la Figura 2.7a. También tiene influencia el promedio de lluvia anual, porque implica variaciones significativas en los volúmenes de recarga hídrica de una cuenca. Así, no ocurre igual recarga en una cuenca situada en una región con una lluvia promedio anual de 750 milímetros, que en una cuenca situada en una región con promedio anual de lluvia de 1500 milímetros (Figura 2.7b).
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TEMA III ECUACIÓN UNIVERSAL DE LA PÉRDIDA DE SUELO (EUPS) SUMARIO CALCULA LAS PÉRDIDAS DE SUELOS POR EROSIÓN.  APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN.  ANÁLISIS DE LOS FACTORES DE LA EUPS.
OBJETIVOS • Al finalizar el estudio de este Tema, el estudiante deberá estar en capacidad de:  Analizar los factores de la EUPS, con base en las fórmulas específicas para cada factor, y su forma de aplicación.  Calcular los diferentes parámetros de la EUPS, para obtener, mediante la aplicación de suelo la causa de los procesos erosivos.
INTRODUCCION • Existen muchos sistemas que permiten determinar la pérdida de suelos por erosión y su impacto económico y social en la población rural, que depende económicamente de la producción agrícola y de su valor en el mercado. Algunos sistemas incluyen el diseño de pequeñas parcelas donde se analiza la escorrentía. • Otros incluyen la simulación de eventos mediante lluvia artificial, donde se controla la cobertura vegetal y el grado de inclinación de la pendiente, o mediante la simulación de modelos matemáticos. • Otro sistema es la EUPS. Una ventaja que tiene es que se puede aplicar en cuencas hidrográficas, cuando se evalúan estadísticamente todas las variables de la ecuación.
ECUACIÓN PARA CALCULAR LAS PÉRDIDAS DE SUELOS POR EROSIÓN • La de mayor aceptación en gran cantidad de países, es la EUPS. • Esta ecuación es conocida como EUPS, en español, y USLE , en inglés. En este tema se analiza la ecuación universal de la pérdida de suelos (EUPS), y la forma en que se determinan sus variables.
Desarrollo histórico EUPS Para definir los parámetros de la EUPS, se evaluaron datos por más de 40 años, en parcelas pequeñas, en varios estados EUA. Las parcelas o unidades experimentales evaluadas tenían una longitud de 22,13 m y una pendiente uniforme del nueve por ciento, en sentido longitudinal. Dentro de ellas se aislaron las interacciones complejas entre prácticas de manejo de cultivos (factor C), o los métodos de conservación (factor P), de tal forma que sólo se evaluaran los factores o parámetros individuales. Las parcelas se mantuvieron bajo barbecho al menos durante dos años. Posteriormente se preparaban mediante labranza, hacia arriba y hacia abajo de la parcela, para cultivada periódicamente. El objetivo de la labranza fue preparar adecuadamente la cama de siembra para controlar las malezas.
La ecuación es un diseño estadístico de regresión múltiple para cinco factores que los investigadores definieron como responsables del proceso de erosión hídrica: clima, suelo, pendiente, cobertura vegetal y prácticas de manejo. Dos variables son dimensiónales: la variable R, dependiente de la lluvia, y la variable K, dependiente de las características de los suelos, que incluyen textura, contenido de materia orgánica, estructura y su permeabilidad. Las otras variables son adimensionales. Ellas son: pendiente, valor de la pendiente en porcentaje, cobertura y prácticas de manejo.
• Por ejemplo, la variable relacionada con la pendiente es adimensional, y se obtiene con la fórmula general: • L ( I )m • I1 • L = Longitud de la pendiente en metros • I = Longitud de la parcela evaluada en metros • I1 = Longitud de la parcela demostrativa o parcela unitaria igual a 22,13 m, con base en estimaciones empíricas • m = Factor exponencial que depende de la pendiente en porcentaje, desde 0,5 hasta 5,0 por ciento. Este factor convierte a la pendiente en valor adimensional, ya que introduce en su cálculo un valor porcentual. • Conviene indicar que el efecto de longitud de la pendiente y su escabrosidad o relieve abrupto, no son independientes de la erodabilidad, la cobertura o la erosividad. • De esta manera, la EUPS se convirtió en la ecuación más utilizada en muchos países, para estimar las pérdidas de suelo por erosión. La ecuación se complementa con los datos generados por más de cien mil unidades experimentales por año, en las cuales se sumaron y analizaron estadísticamente los registros pluviométricos, y de simuladores de lluvia.
EL USO DE ECUACION HA SIDO CUESTIONADA EN OTROS PAISES • El diseño • La ecuación fue calibrada para regiones del medio oeste de los Estados Unidos de América. Se aduce que las características climáticas, edáficas, geomorfológicas y de uso y manejo de suelos difieren marcadamente de las condiciones presentes en países tropicales, entre ellos Costa Rica y Filipinas (Vahrson, 1990; Bruce, 1985). • Adicionalmente, algunos investigadores insisten en que muchos parámetros fueron establecidos en forma empírica, queriendo, en el fondo, darle un matiz despectivo. Sin embargo, conviene que tales investigadores se remonten en la historia y comprueben que muchas verdades científicas actuales se originaron de observaciones empíricas. Un ejemplo basta: Sir Isaac Newton formula su teoría de la gravitación o atracción universal, después de haber visto caer la manzana desde el árbol respectivo.
QUE EVALUA LA EUPS La ecuación evalúa la pérdida del suelo, pero no los sedimentos erosionados previamente, que se depositan o acumulan en otros lugares. Se debe reconocer que los investigadores norteamericanos han realizado esfuerzos muy útiles y orientadores. Esto ha permitido el diseño de una ecuación de suelos para estimar su pérdida con diseños empíricos, evaluando parcelas modelo, simultáneamente, los indicadores pluviométricos (Bruce, 1985).
La ecuación y sus parámetros La ecuación universal predice la pérdida de suelos debido a procesos erosivos, especialmente de origen hídrico. Se define matemáticamente de la siguiente forma: A= R • K • L • S • C • P El significado de los parámetros de la ecuación que se indica con símbolos alfabéticos es: A: La pérdida del suelo por causa de la erosión R: El factor asociado a la erosividad de la lluvia. Este factor está ligado a la cantidad, duración e intensidad de los eventos de lluvia y se evalúa dentro de un período dado. Se calcula para todos los eventos pluviales o tormentas que ocurren en un año, en tanto que "el período dado" puede abarcar varios años. El factor R indica la capacidad de las lluvias de causar erosión en los suelos, por características asociadas a las gotas de lluvia, como intensidad, duración y frecuencia, e indirectamente al tamaño, velocidad de impacto y la energía cinética asociada a las gotas de lluvia.
K: Es el factor asociado a la erodabilidad del suelo. Este factor indica la susceptibilidad del suelo a ser erodado por propiedades intrínsecas ligadas a su condición textural, materia orgánica, la permeabilidad del perfil del suelo y su desarrollo estructural. L: Es el factor asociado con la longitud de la pendiente. Con el factor L se asume que a mayor longitud de la pendiente, hay mayor susceptibilidad de los suelos a sufrir erosión. S: Es el factor asociado al grado de la pendiente. Se determina en forma porcentual. Se considera que a mayor grado de pendiente hay mayor erosión, o mayor riesgo de erosión de los suelos. C: Es el factor involucrado en la cobertura del suelo. Participa en este factor el manejo que se da a los cultivos. P: Es el factor relacionado con las prácticas de conservación de suelos utilizados en una región o en una zona agrícola.
Los factores A, R, Y K son parámetros que se pueden medir en unidades de longitud, área, volumen y tiempo. Pero los factores S, e y P son variables adimensionales. El grado de inclinación de la pendiente (S) se mide en porcentaje y se expresa como factor adimensional. En realidad, la expresión "porcentaje de pendiente" significa medir la longitud del terreno y su grado de inclinación, que luego se transforma en porcentaje. Tradicionalmente, en el área científica, los valores porcentuales se consideran adimensionales. Los parámetros e (factor de cobertura del suelo) y P (relacionado con las prácticas usuales de conservación de suelos) son estrictamente adimensionales. Estos factores o variables no se pueden medir con precisión, pero pueden estimarse con base en parámetros indirectos obtenidos de mediciones empíricas.
Dimensiones de los factores de la ecuación EUPS FACTOR SIMBOLO DIMENSIONES SIMBOLOGÍA Intensidad de lluvia (mm) I Longitud________ tiempo Energía de la lluvia por lluvia unitaria E longitud ● fuerza____ Area ● longitud Erosividad de las tormentas El Longitud ● fuerza● Longitud Area ● tiempo Pérdida de Suellos A Masa_______ Area ● tiempo Erosividad anual R Longitud ● fuerza● Longitud Area ● tiempo ● tiempo Erodabilidad del suelo K Masa ● área ● tiempo_____ Área ● lonitud ● fuerza ● long. Longitud de la pendiente L (Longitud)m longitud Pendiente P Adimensional Manejo de la cobertura C Adimensional Prácticas de conservación P Adimensional
SIMBOLOGIA: F = Longitud - fuerza Area - longitud L y Long = logitud en unidades métricas del sistema internacional (SI) M = masa L2 = tiempo T = tiempo M M = Exponente que varía entre 0,2 y 0,5. Este símbolo está relacionado con los valores porcentuales de la pendiente de un terreno. La ecuación universal de la pérdida de suelos o EUPS, se desarrolla como un método para predecir la pérdida promedio anual del suelo entre ríos, arroyos o vías de agua. Se denomina "universal" porque se considera exenta de generalizaciones y restricciones geográficas inherentes a los primeros modelos matemáticos diseñados para evaluar pérdidas de suelos.
APLICACIÓN DE LA ECUACION       Predecir la pérdida anual del suelo en una parcela, bajo condiciones  específicas de uso de la tierra.        Guiar  en  la  selección  de  sistemas  de  cultivo  y  de  manejo,  para  establecer  prácticas de conservación de suelos bajo condiciones de pendientes específicas.       Predecir el cambio en la pérdida de suelo que resultaría de un cambio en el  uso de la tierra.       Determinar de qué modo aplicar o modificar las prácticas de conservación de  suelos, para establecer un cultivo más intensivo.       Estimar las pérdidas de suelos en áreas con un uso distinto al agrícola, como  áreas de pastizales o parcelas forestales.       Estimar las pérdidas de suelos, lo que permite a los técnicos en conservación  de suelos diseñar sistemas adecuados para la protección del recurso suelo. Estos  sistemas pueden incluir prácticas agronómicas, mecánicas o sus combinaciones La  ecuación  se  desarrolla  para  calcular  la  pérdida  promedio  anual  a  largo  plazo  (varios años). 
ANÁLISIS DE LOS FACTORES DE LA ECUACION UNIVERSAL DE LA PERDIDA DE SUELOS • Todos los factores de la ecuación universal (EUPS) tienen gran  influencia en la pérdida de suelos. Que uno u otro predomine  depende  frecuentemente  del  clima,  del  relieve,  de  las  propiedades físicas del suelo y de los sistemas de uso, manejo y  protección del suelo.
Erosividad causada por la lluvia (factor R) • La erosividad es un proceso ligado a la agresividad de la lluvia por  sus características hidrodinámicas. I • Incluye el tamaño o diámetro de la gota, su velocidad de impacto  en el suelo, que causa desprendimiento de las partículas menores  de  0,05  mm,  en  el  ámbito  de  limos  y  arcillas,  y  el  transporte  posterior  de  estas  partículas  en  suspensión,  arrastradas  por  películas superficiales de agua. • El  factor  R  es  la  sumatoria  de  los  valores  individuales  de  la  erosividad  de  las  tormentas,  y  es  producto  de  dos  variables  o  características de la lluvia: la energía cinética (E) y la intensidad  m máxima (1), evaluada para un período de 30 minutos. 
Energía total de la tormenta (factor E) • Una  tormenta  es  el  registro  de  un  evento  lluvioso,  durante  un  período  o  unidad  de  tiempo,  que  puede  incluir  lapsos  de  15,  30  Y  60  minutos.  Si  la  lluvia durante el lapso evaluado es menor de 13 mm y está separada de otros  períodos de lluvia por más de seis horas, no se computa (a menos que en ese  lapso caigan 6 mm de lluvia durante 15 minutos continuos). • El factor E corresponde a la energía total de una tormenta, en tanto que 1 es la  intensidad  máxima  de  lluvia  en  30  minutos.  Estadísticamente,  R  (o  erosividad), es la sumatoria de las tormentas ocurridas durante un año, desde j  = 1 (primera tormenta), hasta la tormenta n (enésima), o última tormenta del  año.  El  factor  R  es  producto  del  factor  E  (energía),  multiplicado  por  la  intensidad (1), hasta el jotaésimo evento de un período estudiado.  • La fórmula correspondiente es:   R = Σ (E ● I).n j j= 1
• Donde: • R = Energía total de la tormenta o evento pluvial • j = 1 = Primera tormenta, en el registro anual de tormentas • n = Número de tormentas durante el período evaluado (1 año) ∀ Σ = Sumatoria de todos los eventos de lluvia o tormentas evaluadas •  E = Energía total de la tormenta • I = Intensidad máxima de lluvia en 30 minutos • J = jota. Estadísticamente denominado jotaésimo: último evento de todos • los  eventos  de  tormentas  analizados  durante  un  período  de  tiempo,  generalmente anual   • La energía cinética para una sola tormenta (e) o evento pluvial, se calcula con  base en la ecuación:  e = 0,119 + (0,0873●log10 I) • Donde: • = Intensidad de la lluvia, en mm por hora  • = energía cinética para una sola tormenta
Es  necesario  tomar  en  cuenta  que  la  energía  cinética  se  indica  en  algunos  libros  y  documentos  con  e  minúscula,  en  tanto  que  en  otros se indica con E mayúscula.  Con el ejemplo presentado en el Cuadro 3.3, se realiza el cálculo de  la  energía  cinética  para  una  tormenta,  con  base  en  el  sistema  internacional de unidades. Para hacer los cálculos respectivos, se  utilizan los datos básicos que se complementan con los datos de  duración,  cantidad  e  intensidad  de  la  lluvia,  derivados  de  los  datos básicos.  Posteriormente, se realizan los cálculos para determinar la energía  por unidad de lluvia y la energía por incremento de tormenta. Al  final, se realiza la sumatoria de la energía cinética, con base en el  incremento  de  tormenta,  que  corresponde  al  símbolo  (E).  El  sistema de cálculos se explica al final del Cuadro 3.3 y 3.4.
EJEMPLO DE CÓMPUTO DE LA ENERGÍA DE UNA TORMENTA
  Considerando el valor de 77 mm/hora como el de mayor intensidad del evento,  se calcula la intensidad real (1), en mm/hora, que corresponde a la tormenta  analizada (Por esa razón, en el Cuadro 3.3 ese valor se marca con un  asterisco). La cantidad de agua acumulada, o profundidad en mm (27 mm de lluvia), durante  el intervalo de máxima intensidad (77 mm/hora), se convierte en el valor 130  para esta tormenta. Luego, la cantidad acumulada o valor I30 , multiplicado por  dos, como se indica a continuación: 2● 27 = 54 mm/hora (es decir, el producto  da la intensidad en mm por hora: 54 mm/hora). Como resultado final se obtiene que el valor R de esta tormenta es el producto de  E ● 1, igual a 8,59● 54 = 463,8 MJ ● mm/ha ● h. En resumen,   R = E ● I = 8,59 ● 54 = 463,8 MJ mm ha-1 h-1
RESUMEN       Existen  diferentes  de  sistemas para calcular la perdida  de  suelo  por la  erosión.  Uno de los sistemas de mayor aceptación es la Ecuación Universal de la Perdida  de Suelo. Conocida por sus siglas en español como EUPS.       El  diseño  actual  de  la  ecuación  requirio  mas  de  40  años  de  investigaciones  realizadas  en  parcelas  experimentales.  El  diseño  estadistico   es  de   regresión multiple  y  evalua  a  cinco  factores  relacionados  con  la erosión  hidrica: clima, suelo, pendiente, cobertura vegetal y manejo del cultivo.  La ecuación tiene seis variables 1. Erosividad causada por la lluvia ( R ) 2. Erodabilidad facilidad del suelo a sufrir procesos erosivos ( K ) 3. Longuitud de la pendiente en areas de ladera ( L ) 4. Grado de la pendiente expresado en porcentaje ( S ) 5. Factor de cobertura del cultivo en terreno agricolas, forestales o ganaderos ( C ) 6. Factor esta relacionado con las practicas de conservación de suelo ( P )
En la ecuación dos variables son dimencionales (R y K). Las otras  son adimencionales. La ecuacion evalua la perdida de suelo indicado como factor A,  producto de la multiplicación de las seis variables anteriores. Los usos principales de la ecuación EUPS permiten predecir las  perdida annual de suelo en una parcela o en cuencas hidrograficas.  Ademas sirve como guia para seleccionar sistemas de cultivo y de  manejo, para predecir cambios en la perdida de suelo como el  resultado de un cambio en los cultivos. Tambien para determinar las practicas de C.S. cuando se desea  establecer un cultivo intensivo, y estimar las perdidas de suelo en  areas con usos diferentes al sistema agricola, como terrenos para  ganaderia o bajo uso forestal.
Ademas a la ecuación, se analizan seis factores que causan erosión de suelo. Dos  de ellos son la erosividad (o factor R) y la erodabilidad (o factor K). Erosividad en la agresividad de la lluvia debido a sus caracteristicas  hidrodinamicas como tamaño de la gota lluvia y la velocidad de impacto en  el suelo. El factor R involucra dos conceptos la energia total de una tormenta (que se  representa con la sigla E) y la intencidad de la lluvia milimetros por hora (i).  El producto de E x I es igual R. La erodabilidad se obtiene utilizando el nomograma, que evalua cinco parametros  del suelo que son : limo mas arena muy fina, arena gruesa, porcentaje de  materia organica, estructura y permeabilidad. Los restantes cuatro factores son:  1. Longuitud de la pendiente ( L ) 2. Grado de la pendiente ( S ) 3. Manejo del cultivo ( C ) 4. Metodos de control de la erosión ( P )
Erodabilidad del suelo (factor K) Permite discriminar lo susceptible que es el suelo a sufrir procesos erosivos.  El  factor K depende de cinco parámetros:      El porcentaje de limo, de 0,002 a 0,05 mm de diámetro, más el porcentaje de  arena muy fina de 0,05 a 0,10 mm de diámetro.      El porcentaje de arena gruesa de 0,10 a 2,0 mm de diámetro.      El contenido de materia orgánica en porcentaje. . La estructura del suelo.      La permeabilidad, o la facilidad con la que el agua penetra en el perfil del  suelo.      Los parámetros estructurales incluyen los siguientes tipos:  - Granular muy fina. - Granular fina. - Granular media o gruesa. -        Se  agrupan  las  estructuras  blocosa  y  laminar.  Se  incluye  en  este  tipo  la  condición  masiva,  que  es,  en  realidad,  ausencia  de  estructura  o  de  desarrollo  estructural en el suelo o perfil estudiado.  
Los parámetros de permeabilidad incluyen los siguientes calificativos:       Rápida, Moderada a rápida, Moderada, Lenta a moderada Lenta, Muy lenta   Como los parámetros varían entre los suelos, estos son más o menos susceptibles  a la erosión. Para cualquier suelo, el factor de erodabilidad K es la cantidad de erosión que se presenta dentro de una parcela con dimensiones de longitud, pendiente y cobertura, preestablecidas con base en las normas del  Servicio de Conservación de Suelos adscrito al Departamento de Agricultura  de los Estados Unidos de América. Para calcular el valor K, se determinan en un laboratorio de suelos los valores  porcentuales de limo más la arena muy fina, el porcentaje de arena gruesa, el  porcentaje de materia orgánica y su tipo de estructura en una muestra de suelo.  En el campo se determina la permeabilidad con pruebas de infiltración o  mediante pruebas de conductividad hidráulica. El tipo de estructura puede ser  determinado en el campo por edafólogos con experiencia, o en laboratorio,  analizando su forma y grado de desarrollo, y midiendo el tamaño de las  diversas formas estructurales. El valor K se obtiene usando nomograma  
Se explica el funcionamiento del nomograma con base en el ejemplo que incluye el artículo  escrito por Mitchell y Bubenzer (Mitchell, J. K. Y Bubenzer, G. D. 1984; Foster, G. R. et al, 1981). Para aplicar el ejemplo, deben seguirse las líneas punteadas que aparecen en el  nomograma. Al trabajar con el nomograma, siga el procedimiento indicado, evaluando los datos del  Cuadro 3.5, obtenidos para un suelo de los Estados Unidos de América.   Cuadro 3.5 PORCENTAJES DE LIMO MÁS ARENA MUY FINA Y PORCENTAJES DE ARENA  GRUESA CON GROSOR DIAMÉTRICO PROMEDIO DE 1,0 A 2,0 mm. SE INDICA EL  PORCENTAJE DE MATERIA ORGÁNICA, LA ESTRUCTURA Y LA  PERMEABILIDAD DEL SUELO limo + arena muy  fina Arena gruesa (%) Materia orgánica  % Estructura Permeabilidad 65 5 3 Tipo 2 Tipo 4
C onservascionde suelos
Longitud y grado de la pendiente (L y S) • La longitud: es la distancia desde el punto de origen de flujo erosivo hasta el  punto donde ocurre sedimentación del material. Los cálculos obtenidos con la  EUPS  se  basó  en  una  parcela  modelo  o  normalizada,  de  22,13  metros  de  longitud. Para definir L se usa la ecuación: • L = (__X__)m 22,13 • Donde: • L = Factor de longitud de la pendiente • x = Longitud de la pendiente en metros • m = Un exponente que depende del porcentaje de pendiente Los valores son:  0,5 si la pendiente es mayor o igual a 5 por ciento  0,4 si la pendiente es > 3 y < que 5 por ciento 0,3 si la pendiente es > 1 y < que 3 por ciento 0,2 si la pendiente es < que 1 por ciento
El valor S: grado de la pendiente, para una parcela normalizada con una pendiente de 9 por ciento, se calcula con la siguiente fórmula:   S = 0,06á-+0,045s + 0,065S2 Donde: S   =    Factor de gradiente de pendiente S   =    Gradiente en porcentaje   El valor general de la longitud multiplicado por la pendiente (L ● S), se obtiene  con la ecuación:   LS = (___X___ )m (0,065 + 0,045s + 0,0065S2 ) 22,13 Observación: El factor topográfico LS usualmente sobreestima la pérdida de suelo  en pendientes cóncavas, y las subestima en pendientes convexas.
Manejo de cultivos (factor C)     Este factor representa la pérdida del suelo a partir de una  condición específica del cultivo y la cobertura del suelo.  La evaluación de este factor es compleja, debido a que  existen  sistemas  de  cultivo  y  de  rotaciones  muy  variados. A la vez, la duración y la secuencia de cultivos  en  las  fincas  cambian  en  su  distribución  espacial  casi  todos los años. Adicionalmente, la etapa de crecimiento  del  cultivo  afecta  el  valor  C.  Algunos  valores  para  C,  como  promedio  anual,  se  obtuvieron  en  África  y  se  presentan en el Cuadro 3.6.
C onservascionde suelos
Métodos de control de erosión (factor P)       Este factor es la proporción de la pérdida del suelo cuando se  hace uso de alguna práctica de conservación. comparado con la  pérdida de suelo que se presenta en los cultivos ubicados en las  laderas  de  las  colinas  o  de  las  montañas,  donde  no  se  utilizan  prácticas de conservación de suelos.  Los  métodos  para  controlar  la  erosión  son  líneas  de  cultivo  en  contorno, el cultivo de franjas en contorno y el terraceo.  Observe que la rotación de cultivos, la fertilización y la retención de  residuos  de  cosecha,  que  son  métodos  o  sistemas  importantes  para  el  control  de  la  erosión  y  consideradas  como  prácticas  agronómicas, se incluyen en los factores de manejo de cultivos  (factor C). 
C onservascionde suelos
• Es  importante  destacar  que  los  modelos  y  los  sistemas  de  evaluación para medir técnicamente el problema erosivo hídrico  o eólico son severamente criticados.  • Por ejemplo, los modelos utilizados por WEPP (cuyas siglas en  inglés  corresponden  a  "proyecto  de  predicción  por  erosión  hídrica", traducidos al idioma español) han incluido, a lo largo de  sus  extensas  investigaciones,  un  gran  esfuerzo  para  definir  los  valores  de  escorrentía  y  la  pérdida  de  suelo  asociada  a  este  proceso.  • Para ello, se ha evaluado el registro pluviométrico de casi 5000  eventos de lluvia. Igualmente, se han registrado las interacciones  entre  lluvia  y  cobertura  del  suelo  con  cultivos,  pastizales  y  bosque,  además  de  las  condiciones  de  pendiente,  manejo  de  cultivos y conductividad hidráulica de los suelos.
En síntesis, la seguridad y la confiabilidad de los modelos  siempre es puesta en duda.  El  problema  es  realmente  complejo,  y  las  variables  relacionadas con la erosión cambian constantemente en  función de los índices de lluvia, suelos y cultivos.  Es  digno  de  alabar  el  esfuerzo  que  han  realizado  tantos  investigadores para tener, al menos, una guía confiable  que nos permite evaluar las principales variables ligadas  al proceso de erosión, que ponen en peligro tan valioso  recurso.  Esta es la base fundamental en la obtención de productos  alimenticios,  maderables,  medicinales  y  ornamentales  que requiere la población humana.
RESUMEN       Existen  diferentes  de  sistemas para calcular la perdida  de  suelo  por la  erosión.  Uno de los sistemas de mayor aceptación es la Ecuación Universal de la Perdida  de Suelo. Conocida por sus siglas en español como EUPS.       El  diseño  actual  de  la  ecuación  requirio  mas  de  40  años  de  investigaciones  realizadas  en  parcelas  experimentales.  El  diseño  estadistico   es  de   regresión multiple  y  evalua  a  cinco  factores  relacionados  con  la erosión  hidrica: clima, suelo, pendiente, cobertura vegetal y manejo del cultivo.  La ecuación tiene seis variables 1. Erosividad causada por la lluvia ( R ) 2. Erodabilidad facilidad del suelo a sufrir procesos erosivos ( K ) 3. Longuitud de la pendiente en areas de ladera ( L ) 4. Grado de la pendiente expresado en porcentaje ( S ) 5. Factor de cobertura del cultivo en terreno agricolas, forestales o ganaderos ( C ) 6. Factor esta relacionado con las practicas de conservación de suelo ( P )
En la ecuación dos variables son dimencionales (R y K). Las otras  son adimencionales. La ecuacion evalua la perdida de suelo indicado como factor A,  producto de la multiplicación de las seis variables anteriores. Los usos principales de la ecuación EUPS permiten predecir las  perdida annual de suelo en una parcela o en cuencas hidrograficas.  Ademas sirve como guia para seleccionar sistemas de cultivo y de  manejo, para predecir cambios en la perdida de suelo como el  resultado de un cambio en los cultivos. Tambien para determinar las practicas de C.S. cuando se desea  establecer un cultivo intensivo, y estimar las perdidas de suelo en  areas con usos diferentes al sistema agricola, como terrenos para  ganaderia o bajo uso forestal.
Ademas a la ecuación, se analizan seis factores que causan erosión de suelo. Dos  de ellos son la erosividad (o factor R) y la erodabilidad (o factor K). Erosividad en la agresividad de la lluvia debido a sus caracteristicas  hidrodinamicas como tamaño de la gota lluvia y la velocidad de impacto en  el suelo. El factor R involucra dos conceptos la energia total de una tormenta (que se  representa con la sigla E) y la intencidad de la lluvia milimetros por hora (i).  El producto de E x I es igual R. La erodabilidad se obtiene utilizando el nomograma, que evalua cinco parametros  del suelo que son : limo mas arena muy fina, arena gruesa, porcentaje de  materia organica, estructura y permeabilidad. Los restantes cuatro factores son:  1. Longuitud de la pendiente ( L ) 2. Grado de la pendiente ( S ) 3. Manejo del cultivo ( C ) 4. Metodos de control de la erosión ( P )
CAPITULO IV
MECANICA DE LA EROSION DE LOS SUELOS CONTENIDO: 1. Conceptos generales relacionados con la erosión 2. Clases generales de erosión 3. Agentes erosivos 4. Clasificación de los procesos de erosión hidrica 5. Niveles de erosión
INTRODUCCION En este tema, se analizan los diferentes tipos de erosión en forma  general: geologica, eolica, hidrica y antropica. Posteriormente, se hace una sintesis de los agentes erosivos, y se  procede a la clasificación de los diferentes tipos de erosión  causados por los procesos hidricos. OBJETIVOS Al finalizar este tema el estudiante debera estar en capacidad de: 1. Comparar los diferentes procesos erosivos, identificando, en  el area especifica la erosión hidrica, al menos dos  caracteristicas asociadas a cada proceso.
CONCEPTOS GENERALES RELACIONADOS CON LA EROSION DEL SUELOS Es el desprendimiento y arrastre de particulas finas, ligado a factores  geologicos, geomorfologicos, antropicos, hidricos y eolicos.  Las particulas finas son desprendidas y arrastradas por agua de  escorrentia. Posteriormente, sedimentan en areas bajas y  depresionales, o son conducidas al mar.  De esta manera la erosión de suelos incluye tres etapas basicas:  desprendimiento, transporte y sedimentación.
C onservascionde suelos
     La erosión es un proceso degradativo de los suelos que modifica física y  químicamente los sustratos heterogeneos, de gravas y gravillas (2 - 7.4 mm).  Mayor de 10 mm son conocidas como guijarros. Pero si es menor de 2 mm se  denomina arenas, limos y arcillas.     El proceso erosivo inicia con el desgaste de las rocas y de los materiales rocosos,  que estan en la superficie y que conducen a la producción de guijarros, arenas,  limos y arcillas. La arcilla representa el ultimo estado de modificación fisica,  químicos del proceso erosivo.     La modificación fisica ocurre en los afloramientos rocosos, por la reducción que  sufren en el tamaño, convirtiendolos en grava y gravillas a lo largo del tiempo.     La modificación química ocurre cuando las particulas por meteorización  alcanzan tamaños muy pequeños, menor de 2 mm. Entonces se dan procesos de  hidrolisis, hidratación e intercambio ionico (aniones y cationes).      
La modificación biológica ocurre cuando las plantas colonizan los  sustratos con tamaños menores a 2 mm. Modifican sus patrones  estructurales mediante la liberación de acidos organicos a traves  de sus raices. En forma ciclica, las particulas menores de 2 mm, especialmente  arcillas y limos, son muy vulnerables a los procesos erosivos ,  dependiendo de la pendiente, cobertura vegetal, la textura, la  acción de las gotas de lluvia o el viento, sistemas de uso y  manejo del suelo, M. O. y su desarrollo estructural.
CLASES GENERALES DE EROSION 1. Erosión geológica 2. Erosión antrópica 3. Erosión eólica y la hídrica Erosión geologica:         Es el desgaste de rocas y sedimentos provenientes de la fractura  de materiales rocosos, situados en la superficie terrestre. Es causada por los siguientes factores:  • La radiación solar • Las tenciones gravitacionales y la inercia rotacional del planeta • Calor interno, ligados a la geología interna del planeta. • Otros factores como el viento, lluvia, procesos fluviales y  maritimos.
   Estos factores contribuyen a fracturar las masas rocosas, y producen  detritos que son residuos que no exeden a 10 mm.      Los detritos se acumulan en la superficie de la litosfera. Luego son  distribuidos por procesos hidrologicos aqui sufren transformaciones  fisicas y quimicas, como reducción del tamaño y perdida o ganancia  de elementos químicos, hasta llegar al tamaño menor de 2 mm,  donde se reclasifican como componentes del suelo que incluye  arena limo y arcilla. La erosión geologica produce a lo largo de una evolución lenta e  imperceptible, el desgaste de las superficies rocosas, la  modificación de los paisajes y la acumulación de sedimentos en  areas mas bajas.
C onservascionde suelos
EROSION ANTROPICA Es causada por actividad humana, con el afán de suplir alimentos y  materias primas para los diferentes procesos industriales.  Al hacerlo causan desequilibrios en los ecosistemas de la tierra,  favoreciendo el desarrollo de procesos erosivos cuando talan y  queman los bosques. Un efecto directo es la actividad antropica en tierras altas, son las  inundaciones en areas bajas. Otros efectos directos son las perdidas de la capa superficial de los  suelos. Un efecto indirecto es la sedimentación en embalses para  producir energia.

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C onservascionde suelos

  • 1. MANEJO Y CONSERVACION DE SUELOS EROSION DE LOS SUELOS
  • 2. SUMARIO 1. Magnitud del problema erosivo 2. Contexto socioeconomico del proceso erosivo 3. Daños directos y daños indirectos causados por la erosión hidrica 4. Senacsa, creación y perpectivas 5. Agentes erosivos y niveles aceptables de erosión 6. Estabilidad estructural de suelos y suceptibilidad a la erosión 7. Factores fisicos que promueven la erosión 8. Erosividad y erodabilidad 9. Beneficios derivados de la conservacion de suelos
  • 3. OBJETIVO Al finalizar el estudio de este Tema, el estudiante deberá estar en capacidad de: Explicar la magnitud del problema erosivo, el contexto socioeconómico y los factores físicos que promueven daños directos e indirectos en el ambiente agrícola y ecológico. Conocer la estructura general de las instituciones gubernamentales establecidas mediante Decretos y Leyes, para armonizar las políticas de explotación agrícola sin deteriorar el ambiente. Conocer los beneficios que se derivan cuando se establecen programas de conservación de suelos y aguas. La magnitud del problema erosivo y su contexto socioeconómico incluye un análisis de los recursos de tierras y de aguas disponibles en el planeta. Implica también un análisis del crecimiento de la población humana, asociado a sus demandas alimenticias, de abrigo, de productos textiles, de productos farmacéuticos y de otros productos como resinas, caucho, chicle, etcétera.
  • 4. TEORÍA DEL MALTUSIANISMO • El análisis se basa parcialmente en el enfoque de Norman Hudson (1971). Este autor esgrime la teoría del Maltusianismo como herramienta que permite develar, en gran parte, la magnitud del problema de la erosión. • La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), también considera como eje central, en algunas de sus publicaciones relacionadas con erosión, el vínculo estrecho que existe entre crecimiento de población y disponibilidad de recursos para satisfacer las necesidades en materias primas y alimentos para la población mundial (Hudson, 1971; ONU/FAO, 1984). • Hudson (1971) se apoya en la teoría del economista inglés T. R. Ma1thus (1766-1834). Malthus plantea que, en tanto que la población humana aumenta geométricamente (1, 2, 4, 8, 16, 32, etc.), los recursos naturales que proveen alimento y otros requerimientos esenciales para el ser humano crecen aritméticamente (1, 2, 3, 4, 5, 6, etcétera).
  • 5. CONTINUACION • Inevitablemente, ambos modelos de crecimiento, situados en el mismo marco de referencia, encontrarán un punto de compensación. Más allá de éste, se produce una inestabilidad entre los recursos naturales y las demandas en alimentos y materias primas de la población. • El crecimiento de la población incide en muchos aspectos. Dos de ellos son las conductas y patrones respecto del uso de la tierra, tanto en regiones urbanas como en regiones rurales. Simultáneamente, van de la mano con el cambio en el uso de la tierra, urbanizando e industrializando zonas de importancia agrícola. De esta manera, se produce parte del trasfondo o contexto socioeconómico de la erosión, que se asocia a factores como densidad de población, tamaño de fincas, tenencia de la tierra, mercadeo de productos agropecuarios, aspectos culturales y económicos, y los efectos finales, que producen daños directos y daños indirectos.
  • 6. MAGNITUD DEL PROBLEMA EROSIVO • Existe una gran pérdida de suelos por erosión hídrica o eólica, generada por el uso intensivo de terrenos no aptos para cultivos, o por cambios en su uso, cuando las tierras con excelente potencial agrícola son convertidas en áreas ur-banizadas. Esto causa una acelerada degradación física, química y biológica del recurso edáfico e hídrico, con base en una relación antagónica muy fuerte, entre dos variables: incremento de población y disponibilidad de los recursos naturales del planeta.
  • 7. Sobrepoblación • La densidad de población siempre es un valor estimado, debido a la dinámica del crecimiento poblacional. Este valor se obtiene como producto de la suma de habitantes censados en una región, dividido entre el total de tierra disponible en hectáreas. Un ejemplo es Japón. Para 1992, su población superaba 123 millones de personas, mientras que la superficie del territorio es de 372 mil km2. Esto da una densidad de 330 habitantes por kilómetro cuadrado, una de las más altas del mundo (Arcos, 1992).
  • 8. EL INCREMENTO DE LA POBLACION • Ya para 1980, los registros históricos indican que la población mundial alcanzó 3252 millones de habitantes, un valor muy cercano al estimado por Hudson. • Con base en los índices estimados de crecimiento poblacional, para los decenios siguientes a la década de 1950 (ONU/FAO, 1984, Hudson, 1971). • Figura 1. 1 El incremento de la población aumenta la demanda sobre los recursos naturales del planeta
  • 9. Estimaciones estadisticas de población • Según estimaciones de los estadísticos, la población alcanzaba para el año 2000 la cifra de 5000 millones de habitantes, y se considera que se duplicará (progresión geométrica de Malthus) a 10,000 millones de habitantes, para la segunda mitad del siglo XXI (Dedericks, 1994; Humenik, 1994; ONU/FAO, 1984). • Los cambios en el crecimiento poblacional generan algunos de los grandes problemas de finales del XX, y permiten vislumbrar potenciales problemas socioeconómicos para los inicios del siglo XXI. Ellos son: • La explosión demográfica y la concentración de población en pequeñas áreas con alto desarrollo industrial, comercial y tecnológico (megápolis o mega ciudades), producto de la emigración masiva hacia las ciudades, de los habitantes rurales que no encuentran en su entorno natal los recursos necesarios para sobrevivir. Así, invaden las zonas urbanas, y las convierten en ciudades monstruosas e ingobernables.
  • 10. ESTIMADO DE LA POBLACION • Cuadro 1.1 CANTIDAD DE HABITANTES POR ÁREA URBANA (TOTAL ESTIMADO), PARA ALGUNAS CIUDADES DEL MUNDO CON ALTA CONCENTRACIÓN DE HABITANTES ESTIMACIONES PARA EL AÑO 2000 CIUDAD (ÁREA URBANA) HABITANTES POR CIUDAD (EN MILLONES) • México, D.F. 25,6 • Tokio 19,0 • Shangai 17,0 • Nueva York 16,8
  • 11. EL PROBLEMA DE LA POBLACION Y ALIMENTACION • El crecimiento de la producción de alimentos no ocurre al mismo ritmo que el crecimiento de la población, porque depende de recursos naturales finitos. Desde 1980, prácticamente se ha detenido la apertura de nuevas áreas productoras de cereales. La superficie de cultivos manejada 'con riego ha disminuido desde 1970. Además, a pesar de algunos experimentos exitosos, la pesca, otro recurso de importancia, se ha estancado desde 1980 (Humenik, 1994; Latorre, 1993). • Producto de la sobrepoblación urbana y rural, se dan las siguientes secuelas: Destrucción del medio ambiente, contaminación de ríos, lagos y mares, efecto de invernadero por la contaminación atmosférica (debido al incremento de dióxido de carbono proveniente del desarrollo industrial) y un marcado deterioro en la calidad de vida para un 75 por ciento de la población mundial, cuyos rasgos más deprimentes son las muertes por hambrunas, como las que ocurren periódicamente en el continente africano. El resto, un 25 por ciento, corresponde a la población que reside en los llamados "países ricos", que consumen dos tercios (aproximadamente 66 por ciento) de todas las materias primas y alimentos del planeta.
  • 12. RECURSOS NATURALES • En el campo de los recursos naturales, el suelo y el agua son factores de suma importancia. • De su explotación racional depende el abastecimiento de alimentos y materias primas necesarias para las poblaciones humanas. • Fig. 1.2 • EL SUELO ES UN RECURSO BÁSICO EN LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS
  • 13. EL RECURSO SUELO • El suelo es pilar fundamental en el abastecimiento de productos alimenticios para una población que aumenta significativamente día con día. La evaluación del recurso, en forma generalizada y en el ámbito mundial, se presenta en el siguiente diagrama sectorial (Figura 1.3). Este muestra una estimación porcentual del recurso edáfico, que tiene validez en estos últimos 15 años del siglo xx.
  • 14. DIAGRAMA SECTORIAL • Figura 1.3 DIAGRAMA SECTORIAL que evalúa porcentual mente las condiciones del suelo en el mundo, y los factores que limitan la agricultura. FUENTE: ONU/FAO, 1984. Modificado.
  • 15. Continuación • Puede discriminarse en el diagrama sectorial que sólo el 11 por ciento de hectáreas (esto es una. cifra cercana a 1500 millones de hectáreas) son apropiadas para el desarrollo de cultivos. Pero en el diagrama no se indica el efecto que causa en las tierras agrícolas disponibles la degradación del suelo, vía procesos erosivos hídricos y eólicos, que causan deterioro en las tierras agrícolas disponibles, disminuyendo su cantidad y su calidad. • Los estimadores estadísticos prevén que una tercera parte de esas tierras cultivables serían afectadas, debido a la erosión, a la contaminación por agroquímicos, a la salinización en regiones semiáridas (Figura 1.4) y la destrucción de tierras por extracciones mineras a cielo abierto. Esto conlleva disminuciones drásticas en productividad agrícola, e incluso la clausura de algunas zonas o áreas agrícolas (ONU/FAO, 1984; Humenik, 1994; Humenik, Miner y Converse, 1995).
  • 16. ALGUNAS ESTRATEGIAS PARA EL RESCATE DE ALGUNAS AREAS • Las estrategias para enfrentar el reto de rescatar, conservar e incrementar la cantidad de terrenos agrícolas y su productividad por área son de alto costo económico, pero inevitables en su ejecución. Algunas estrategias significativas para el rescate de las diferentes áreas son: ÁREAS DEMASIADO SECAS: la evapotranspiración anual supera los índices de lluvia anual.
  • 17. ESTRATEGIAS EN AREAS DEMACIADAS SECAS • En las áreas demasiado secas se diseñan y establecen represas hídricas. El agua se utiliza para regar terrenos áridos y semiáridos. Subproducto importante de esas represas es la generación de energía hidroeléctrica. Un ejemplo actual es la represa de Ataturk, en Turquía, que se ubica en la quinta posición entre las grandes represas del mundo. Entrará en servicio a finales del siglo XX, y permitirá irrigar millón y medio de hectáreas. • Otro subproducto es la energía hidroeléctrica generada por el agua de la represa de Ataturk, que significará un incremento de 50 por ciento respecto del total actual de energía eléctrica que produce Turquía. Su costo: miles de millones de dólares EE.UU. (García de Guinea, 1990).
  • 18. UN PROBLEMA QUIMICO DEL SUELO • Es causado por la presencia de sales en su superficie. • En las áreas con problemas químicos, los sistemas de recuperación incluyen el diseño de controles más eficientes para atenuar el impacto de compuestos agroquímicos residuales, contaminantes, en última instancia, de los suelos, ya sea por agua de infiltración o por agua de escorrentía. • Además, se planifican proyectos de desalinización y restitución de suelos con alto contenido de sodio, mediante técnicas que desplazan el sodio del suelo, por aplicación de mejoradores químicos, complementado con un lavado por percolación profunda y su evacuación del sistema edáfico, por canales de drenaje.
  • 19. EN AREAS CON SUELOS DELGADOS • Las áreas con suelos delgados o demasiado superficiales (suelos con profundidad efectiva de 10 a 30 cm, y usualmente con afloramientos rocosos) se delimitan agroecológicamente como reservas protectoras del ambiente edáfico. • Las políticas de conservación están prioritariamente dirigidas hacia regiones geográficas con suelos delgados, sometidos a alta intensidad pluviométrica y con predominio de pendientes escarpadas.
  • 20. EN LAS REGIONES DEMASIADO HUMEDAS • En las regiones demasiado húmedas y con terrenos cuya pendiente plana permite su habilitación agrícola, la estrategia es el diseño de drenajes a cielo abierto o de drenajes subterráneos, combinado con el dragado profundo de ríos locales, recolectores primarios de aguas pluviales. El objetivo. es bajar el nivel freático del agua, y aumentar el volumen de suelo aireado y poroso, para que las raíces de los cultivos se desarrollen adecuadamente. • con agua en la superficie del suelo, requieren sistemas de drenaje de alto costo económico.
  • 21. REGIONES PERMANENTEMENTE CONGELADAS • En las regiones permanentemente congeladas, hasta el momento no ha sido posible diseñar sistemas adecuados de recuperación de tierras, para incorporadas a las tierras agrícolas. Aparte de los problemas relacionados con la ingeniería, está el problema de adaptación de cultivos. • Las areas congeladas del planeta no permiten el desarrollo agrícola.
  • 22. AREAS SIN LIMITACIONES PARA USO AGRICOLA • Las tierras sin limitaciones para uso agrícola solamente requieren de sistemas racionales de manejo y conservación. Esta estrategia debe permitir el uso sostenido y continuo de los suelos. Esto se traduce en una adecuada capacidad de mantener índices óptimos de producción, parámetro identificado como sostenibilidad de tierras. • Áreas sin limitaciones para el uso agricola.
  • 23. EL RECURSO HIDRICO • El agua es la sustancia más común del planeta. Se distribuye en forma cíclica (ciclo hidrológico), sin dependencia de la actividad humana (Figura 1.11). • Pero, como resultado del desarrollo tecnológico, el ciclo reacciona a la influencia humana. Las sustancias tóxicas solubles en agua, vertidas en ríos y lagos como subproductos de la actividad agrícola e industrial, se integran al ciclo hidrológico y alcanzan las zonas freáticas del suelo y los reservorios de agua, afectando a su paso múltiples y frágiles sistemas biológicos. Finalmente, afectan la disponibilidad aséptica del recurso para consumo humano (agua potable). Esto obliga a las instituciones que distribuyen agua para las poblaciones humanas a realizar erogaciones económicas muy costosas que garanticen su potabilidad (Figura 1.12).
  • 24. EL RECURSO HIDRICO EN CONDICIONES PRISTINAS • El recurso hidrico en condiciones pristinas , conserva el agua con sus características básicas: sin color, sin sabor, sin olor (y sin calorías). Es esencial para toda forma de vida terrestre.
  • 26. LAS AGUAS USADAS • subproducto de procesos industriales vertidas en los ríos, ingresan al ciclo hidrológico y contaminan el ambiente. Anualmente, se vierten 450 km3 de aguas residuales en los ríos del planeta.
  • 27. EL AGUA ES UNA SUSTANCIA ABUNDANTE • A pesar de que el agua es una sustancia abundante, cuya cantidad es relativamente invariable, su distribución no es uniforme en todo el planeta. Por esta razón, existen regiones que reciben grandes cantidades de agua por lluvia (identificadas como zonas tropicales húmedas), y zonas con baja disponibilidad de agua de lluvia, identificadas como zonas tropicales subhúmedas, y regiones tropicales, subtropicales o templadas, con características semiáridas o áridas. • La mayoría del agua presente en la Tierra no es disponible. Solo un tres por ciento del agua total es agua dulce o potable (no salina).
  • 28. Continuación • Del agua dulce, el 2,25 por ciento se encuentra en los glaciares y capas de hielo situados en los polos de la Tierra. Un 0,50 por ciento corresponde al agua subterránea, y un cincuentavo porcentual (1/50 por ciento) se encuentra en lagos y ríos (Humenik, 1994; Gohl, 1994). El resto de agua porcentual se recircula dentro del ciclo hidrológico. Esto abarca el agua de lluvia, agua que infiltra hacia reservorios en el subsuelo, agua que se pierde por transpiración y evaporación, y agua consumida por organismos del reino animal, en algunas etapas del ciclo hidrológico. • Por las estimaciones porcentuales anteriores, la cantidad y calidad de este recurso irremplazable debe ser protegido celosamente. • Si la población mundial se duplica con base en las proyecciones estadísticas y maltusianas, para la mitad del siglo XXI se ejercerá una gran presión sobre el recurso hídrico, que en este momento ya se encuentra seriamente presionado en cantidad y en calidad. • Adicionalmente, si se considera que, al inicio del siglo XX, el noventa por ciento del agua utilizada en el mundo era para riego de cultivos que producían alimentos y fibras textiles requeridas por la población, el problema se agrava.
  • 29. REDUCCION DEL AGUA PARA IRRIGACION • Era de esperar que para el año 2000, o finales del siglo XX, el uso de agua para irrigación se hubiera reducido en un 60 por ciento del agua total utilizada a inicios del siglo XX (Humenik, 1994). • Las estrategias para enfrentar el reto de conservar e incrementar la cantidad y la calidad del recurso agua también son de alto costo económico. Algunos de los proyectos son más onerosos que los planificados para la recuperación de tierras degradadas por sequía, mal drenaje, erosión o salinidad.
  • 30. Algunas estrategias diseñadas y establecidas para conservar el recurso hidrico • Reducir la evapotranspiración: La pérdida de agua del ecosistema edáfico- agrícola, especialmente en sistemas de agricultura bajo riego, es la mayor fuente de pérdida de agua. • Reducir las áreas de riego e incrementar la productividad por metro cúbico de agua utilizada: Esto significa cambios en la densidad de siembra de cultivos, desarrollo y selección de cultivos tolerantes a sequías estaciónales mediante biotecnología, junto con la limitación de áreas para cultivos forrajeros, aumentando simultáneamente los cultivos para consumo humano (Humenik, 1994). • Construir plantas desalinizadoras: En estas instalaciones eliminan la sal del agua de mar. Es un procedimiento caro, fuera del alcance de muchos países en vías de desarrollo, pero muy utilizado en regiones áridas, en países como Irán, Omán y Kuwait. • Explotar los acuíferos: Los acuíferos son depósitos de agua en rocas porosas, situadas en el subsuelo, que se extraen mediante bombeo.
  • 31. Continuación • Incrementar el establecimiento de mejores manejos técnicos del agua que protejan su calidad y cantidad: Se realiza por medio del almacenamiento de aguas subterráneas, control de drenajes y programas de subirrigación, para una producción más eficiente de cultivos. • Desarrollar proyectos de reciclaje de aguas de una manera planificada y controlada (como ya se utiliza en algunos de los grandes edificios en Tokio, Japón): En la actualidad, se dispone de la tecnología que permite tratar aguas efluentes, que cumple los requisitos para transformadas en agua potable. Además, el agua tratada por reciclaje puede utilizarse para satisfacer otras necesidades comunales, como la irrigación de parques, parcelas agrícolas y áreas deportivas. • Prevenir la contaminación de aguas mediante programas públicos y privados: Como el problema del recurso agua normalmente tiene un requerimiento específico por parte de la comunidad, se requieren soluciones que sean aceptadas por las organizaciones comunales. Esto significa recurrir a campañas de divulgación masiva para concientizar a los usuarios, y que utilicen sistemas de explotación agrícola que no contaminen aguas y suelos.
  • 32. Continuación • Realizar campañas educativas y divulgativas: Que orienten a la población y les brinde un concepto muy claro del ciclo hidrológico, para que comprendan los esfuerzos institucionales que realizan los gobiernos en el manejo racional del recurso hídrico, en las cuencas hidrográficas. Simultáneamente, deben definirse prioridades en los mensajes divulgativos, para que las comunidades comprendan la importancia de manejar adecuadamente recursos escasos.
  • 33. CONTEXTO SOCIOECONOMICO DEL PROCESO EROSIVO • Los factores socioeconómicos relacionan el incremento en la erosión de los suelos con el incremento en la densidad de población, el tamaño y distribución de fincas agropecuarias, la tenencia de la tierra, el mercadeo de productos agrícolas, y los aspectos culturales y educativos de la población rural. El acelerado crecimiento poblacional incrementa la densidad de personas por área, tanto en regiones urbanas como rurales. • Pero el efecto en regiones rurales tiene un mayor impacto en el uso de la tierra y en sus sistemas de conservación del recurso suelo. Por esta razón, los factores ligados al sector rural se analizan con mayor detalle, ya que su influencia en el proceso de producción agrícola no sólo impacta severamente el deterioro de los suelos, sino que restringe la oferta de productos agrícolas para una demanda cada vez más creciente. Estos factores socioeconómicos son:
  • 34. I. DENSIDAD DE POBLACION • Cuando existe una alta densidad de población, se genera una alta presión sobre la tierra, que afecta el manejo agrícola, pecuario, forestal y las áreas de reservas en el país, como las áreas recreacionales (parques nacionales y zonas de protección), y sectores bióticos reservados para investigación. También son afectadas las zonas de reservas hídricas, cuyo objetivo es abastecer a la población regional de agua potable y de energía hidroeléctrica. • A mayor crecimiento de la población, se genera una mayor demanda por tierras cultivables. Cuando se agotan las posibilidades de colonizar tierras adecuadas para cultivos, se produce una fuerte presión social orientada a explotar terrenos no aptos para agricultura y ganadería, a pesar de que sean terrenos con pendientes escarpadas o suelos superficiales, ubicados en regiones de alta intensidad pluvial (Figura 1.13).
  • 35. CRESIMIENTO DE LA POBLACION • Figura 1.13 La población crece, e igualmente crece la demanda poblacional por tierras cultivables. • Dibujo: Rafael Murillo – CEDA – ITCR.
  • 36. Tamaño y distribución de las fincas agropecuarias • En América Latina es muy frecuente asociar el concepto de tierra con el concepto de terrateniente. Costa Rica, por su tamaño en km2, se ubica dentro de los países pequeños, por su área territorial (51100 km2). Pero esto no excluye que existan terratenientes (personas físicas, corporaciones o grupos de personas protegidas por denominaciones, como sociedades anónimas, u otras formas jurídicamente afines). • Debido a procesos culturales e históricos, la mayoría de las fincas, otrora grandes extensiones (latifundios), se dividieron (y se dividen) en parcelas cada vez más pequeñas, llamadas minifundios. Ejemplos de estos procesos son la herencia de tierras a descendientes, la venta e intercambio de terrenos agrícolas y la organización de grupos sociales desposeídos de tierra, que presionan al Estado para que les otorguen tierras para explotadas mediante sistemas agropecuarios. Los sistemas de uso de la tierra que se dan son los siguientes:
  • 37. Continuación • En las fincas grandes o latifundios, los propietarios son identificados como terratenientes. Aunque estas fincas no siempre ocupan las mejores tierras de una región, la gran cantidad de tierras bajo este régimen administrativo requiere de una alta inversión monetaria para explotar las tierras agrícolamente, y es subutilizada. Muchas de estas tierras se utilizan bajo la modalidad de ganadería extensiva. Y, a pesar de que existen tierras con adecuado potencial agrícola, muchas no se cultivan (Figura 1.14a).
  • 38. EJEMPLO DE AREAS DE LATIFUNDIO Y MINIFUNDIO • Figura 1.14 Tamaño y distribución de las fincas agropecuarias: a) Áreas de latifundio en la región norte de San Carlos, Alajuela, b)Fincas de minifundio en la zona norte de Cartago, faldas del volcán Irazú.
  • 39. La subdivición de las fincas grandes • La subdivisión de las fincas grandes conduce al establecimiento de pequeñas fincas (minifundios). Debido a la excelente calidad de los suelos (como sucede en las faldas del volcán Irazú, en la zona norte de Cartago, en regiones como Zarcero o en las faldas del volcán Poás), se realiza una explotación intensiva del suelo, sin prácticas adecuadas de conservación. La ausencia de colaboración e integración para la evacuación de aguas de escorrentía y una óptima preparación de terrenos entre los dueños de las pequeñas fincas colindantes conduce a un acelerado deterioro de los suelos de las fincas pequeñas (minifundios), situadas en una microcuenca
  • 40. TENENCIA DE LA TIERRA • La tenencia de la tierra es un enfoque particularmente subjetivo. Se refiere a los terrenos agrícolas cedidos en arriendo o alquiler por el dueño de las tierras. La persona que alquila las tierras tiene interés en obtener la máxima producción de cultivos, con una mínima inversión económica. Esto conduce a un uso intensivo de tierras sin adecuados programas de fertilización, de conservación de suelos y de aguas, lo que resulta en un deterioro difícilmente reversible a largo plazo. Por esta razón, este sistema de tenencia de la tierra se conoce en algunos países de América Latina como esquilme, que literalmente significa "chupar con exceso el jugo de la tierra".
  • 41. MERCADEO • El mercadeo de productos agrícolas se remonta, a las épocas en que se inició el crecimiento urbano. En esas épocas, ocurrió un aumento en la demanda de los productos agrícolas y pecuarios por parte de personas dedicadas a labores no agrícolas. Ellas se ocupaban de satisfacer la creciente especialización de servicios en la recién nacida sociedad orientada hacia el desarrollo industrial. • El enfoque del problema de mercadeo de productos agrícolas, en el área de conservación de suelos, se centra en la persona del intermediario. El intermediario compra la cosecha en la finca, para revenderla en los mercados de distribución agrícola. Para comprar la cosecha, el intermediario acude al pequeño agricultor, y lo presiona directa o indirectamente mediante sutiles presiones psicológicas y económicas. • La posición del agricultor en el contexto social de su comunidad, la disponibilidad de recursos y mano de obra, y otros factores sociales no cuantificados, le obligan a ceder a las presiones de los intermediarios.
  • 42. Continuación • El sistema de intermediarios en el trasiego de productos agrícolas funciona libremente en el país, con pocas excepciones, a pesar de las políticas desarrolladas por instituciones gubernamentales para quebrantar su figura, estableciendo las conocidas ferias del agricultor. • Para tener un claro concepto de la cadena de intermediarios en la venta de productos agrícolas, solo baste anotar que ellos ganan más dinero que el agricultor. El precio que pagan al agricultor por un kilo del producto agrícola se incrementa entre 300 y 500, Y a veces hasta 800 por ciento, cuando es adquirido finalmente por el consumidor. Una gran proporción de ese porcentaje queda en los bolsillos de los intermediarios. • Como resultado, los agricultores que cultivan fincas pequeñas (minifundios) no tienen suficiente dinero para invertirlo en programas de conservación de suelos, que protejan su finca del deterioro por erosión.
  • 43. ASPECTOS CULTURALES Y EDUCATIVOS • El concepto cultural reside en los aspectos de conducta ético-social, ecológica y moral transferidos de padres a hijos. Este legado cultural genera una resistencia al cambio, especialmente cuando los extensioncitas agrícolas incursionan en el contexto agronómico y social del agricultor. La respuesta del agricultor hacia la adopción de nuevas tecnologías en el uso y en el manejo de fincas agrícolas se vuelve muy cautelosa, especialmente en los aspectos orientados a incrementar la productividad por área. Una de las razones básicas reside en la falta de recursos económicos, la ausencia de programas crediticios orientados a impulsar al pequeño agricultor genera temor a perder su único recurso: la tierra. Cuando logra acceder a un crédito bancario, el sistema bancario lo acorrala con intereses altos y amenazas de expropiación. Esto ha sido evidente con algunos pequeños agricultores de Tierra Blanca de Cartago. • Esta resistencia al cambio, por parte de los pequeños agricultores, no es total. Además, el nivel tecnológico que utilizan no es necesariamente bajo: es diferente. Usualmente, están sujetos a pautas establecidas por sus antecesores, pero estas pautas no siempre son prácticas agrícolas que deterioren los suelos aceleradamente.
  • 44. Continuación • El concepto educativo se refiere a la instrucción formal o académica que recibe un individuo como miembro de una comunidad. Desafortunadamente, desde los primeros años de la década de los cincuenta, el país se desarrolló en forma desordenada. El objetivo básico era lograr una mayor cobertura de la población estudiantil. Así, quienes deciden en el gobierno no tuvieron tiempo suficiente para diseñar y establecer programas adecuados para la instrucción académica en regiones rurales, especialmente enfocadas a una racional explotación de los recursos, entre ellos la conservación de suelos para la producción agrícola. • Otro concepto relacionado con el punto anterior es la disponibilidad de mano de obra: es escasa en las regiones rurales. Como contramedida, las familias rurales propietarias de tierras compensan el efecto, procreando familias numerosas, para tener disponibilidad mediata de mano de obra. En este afán, limitan el acceso a la educación secundaria a sus hijos, especialmente a los varones. El resultado es obvio. A la muerte del padre, la finca será subdividida en parcelas cada vez más pequeñas, para heredar su parte de terreno a los miembros de la prole. •
  • 45. Continuación • Pero la realidad indica que, a pesar de tantos avatares, el pequeño agricultor posee, intuitivamente, un claro concepto del proceso de deterioro de sus suelos y de los problemas de contaminación de aguas. La contaminación es causada cuando los productos agrícolas (que no son comprados por los intermediarios debido a que tienen lesiones causadas por enfermedades fungosas o bacterianas) son lanzados por el agricultor a la quebrada más cercana. Además, tiene un claro concepto de los problemas derivados del uso excesivo de pesticidas agrícolas para los agricultores" aguas abajo". • Como no existe una labor eficaz de los extensioncitas agrícolas, que oriente al agricultor acerca del problema, y le sugiera mecanismos de manejo y control, el agricultor se decide por la vía más fácil: lanzar los desechos y residuos de pesticidas, incluyendo los envases, al río o riachuelo más cercano. • El profesional en extensión agrícola tampoco merece ser acusado de la responsabilidad asociada a esta problemática. Se intenta aumentar la disponibilidad de los presupuestos estrechos, mediante convenios de asistencia y ayuda internacional con entidades como la FAO (por su nombre en inglés, United Nations Food Organization Alimentation).
  • 46. Daños directos y inderectos causados por la erosión hidrica • Daños directos: Estos daños son variables que se pueden cuantificar o medir. Algunos daños directos usualmente son de gran magnitud, cuando son catastróficos. Dentro de estas variables, podemos encontrar las siguientes: a) En el grosor del horizonte A. Se calcula la cantidad de suelo perdido, en tha-l año-l , multiplicando la densidad aparente del suelo por el grosor de suelo perdido y el área total. b) Las pérdidas de la fertilidad natural del suelo pueden calcularse cuando se dispone de los análisis de fertilidad que dan la concentración de nutrimentos como nitrógeno (en porcentaje) y de fósforo en partes por millón o miligramos por litro (mg L-l ). Ambas unidades de medición son equivalentes. c) c) Una forma adicional de cuantificar la pérdida de suelos es utilizando modelos de pérdida de suelos, como la ecuación universal de pérdida de suelos EUPS (Wischmeier y Smith, 1978), o el modelo WEPP, por sus siglas en idioma inglés (Water Erosion Prediction Project), o proyecto para predecir la erosión hídrica (Zhang et al, 1996).
  • 47. Continuación • d) Una forma menos sofisticada de medir erosión incluye la medición de suelo erosionado en surcos y en cárcavas. En este caso, la cantidad medida se convierte en un estimado general del proceso, debido al tamaño y longitud de los surcos, y la magnitud de algunas cárcavas, que impiden una medición precisa. • e) Los daños directos más graves son causados por varios procesos muy agresivos, entre ellos derrumbes, inundaciones y la remoción en masa. Estos daños causan pérdida de vidas humanas, pérdida de cultivos, destrucción de viviendas, deterioro de carreteras y puentes falseados por los ríos que se salen de cauce. Es común que los daños directos se estimen, como pérdidas en cientos o miles de millones.
  • 48. DAÑOS INDIRECTOS • Son daños causados en el ecosistema que no pueden cuantificarse de una manera clara, pero que ocurren insidiosamente todos los días. También se conocen como daños intangibles. Algunos ejemplos son los siguientes: ∀ • Pérdida de riqueza genética de la fauna: Ante los procesos de tala del bosque y avance continuo del frente agrícola, el banco genético de muchas especies animales disminuye por la muerte de muchos de sus miembros. Cuando esto continúa aceleradamente, se llega a la endogamia y a una condena irreversible de la desaparición de especies. ∀ • Pérdida de especies de flora: Debido a la heterogeneidad del bosque tropical húmedo y a la condición de poca densidad de especies forestales por hectárea, la deforestación puede incidir fácilmente en que algunas especies desaparezcan rápidamente de los ecosistemas forestales. • Pérdida de vida útil de represas hidroeléctricas: La disminución en la capacidad de generar energía debido a los sedimentos que ingresan a las represas por erosión laminar y escorrentía genera mayores costos de producción eléctrica. También eleva los costos de manejo, reparación y limpieza de las represas, especialmente cuan-do son colonizadas por plantas acuáticas.
  • 49. EJEMPLO DE DAÑO INDIRECTO • Perdida de riqueza geneticas de especies animales
  • 50. PERDIDA DE ESPECIES DE FLORA • El bosque tropical, es un ecosistema fragil. Las intervenciones no planificadas destruyen su heterogeneidad florística y rompen su complejo equilibrio con el ambiente.
  • 51. PERDIDA DE LA BELLEZA ESCENICA • LA TALA ACELERADA DEL BOSQUE CAUSA DETERIORO DE LA BELLEZA ESCÉNICA.
  • 52. AGENTES EROSIVOS Y NIVELES ACEPTABLES DE EROSION • Los agentes erosivos reconocidos como factores socioeconómicos se analizaron previamente. Los factores físicos que promueven procesos erosivos, especialmente enfocado hacia procesos hídricos, se analizarán en el próximo sub-tema. La mayoría de esos agentes son citados usualmente por muchos investigado-res en los sectores de conservación de suelos y aguas (Cabrido, 1984; Gómez Aristizábal, 1982; Hudson, 1971; Schawb, et al, 1990; Zhang, et al, 1996). • El punto principal del análisis es definir cuáles son los niveles aceptables de erosión. El concepto estima la máxima cantidad de suelo que se puede perder por erosión de una parcela, sin sufrir degradación excesiva, a pesar de que se explote agrícolamente en forma continua. Pero las condiciones en los parámetros tienen una variación sustancial o significativa entre las diversas regiones de un mismo país. • El concepto de "las pérdidas tolerables", o niveles aceptables de erosión, manejado objetivamente, puede ser un instrumento valioso en la identificación de problemas erosivos y en la selección de métodos de control para minimizar las pérdidas.
  • 53. Continuación • Hudson (1973) estima que los niveles aceptables o límites tolerables están en función del proceso de formación de suelos, para una región específica. Por esa razón, si el proceso de formación de suelos es de 25 mm de grosor en 30 años, el nivel tolerable de pérdida sería de 12,5 t ha-l año-l. • Por su parte, Gómez Aristizábal (1982) indica que los grados de erosión natural no deben exceder 1,0 t ha-l año-l , y mantenerse entre valores de 1 a 10 t ha-l año-l , cuando los descriptores se encuentran entre erosión baja a alta. • En realidad, los niveles aceptables de erosión dependen de los procesos de formación de suelos que ocurren en una región. Por lo tanto, la pérdida tolerable depende estrechamente de esos procesos.
  • 54. ESTABILIDAD ESTRUCTURAL DE SUELOS Y SUSCEPTIBILIDAD A LA EROSIÓN • La estabilidad estructural se refiere a la resistencia que ofrecen las partículas de suelos menores de 2 mm (como arenas, limos y arcillas), agrupadas por agentes cohesivos y cementantes, como los compuestos húmicos, los óxidos de hierro y aluminio y los detritos húmicobiológicos excretados por las lombrices de tierra, luego de pasar por su tracto digestivo. • La estabilidad estructural puede tener una relación estrecha entre el comportamiento de las partículas de suelos ordenadas en un estado de floculación (micro estructura) y el predominio de macro estructura. A pesar de que sobrelleva procesos de deformación y destrucción por el tránsito de maquinaria pesada en su superficie, no sufre cambios importantes en la micro estructura. Las unidades macro estructurales se pueden observar a simple vista o con ayuda de lupas 3X. Las unidades micro estructurales requieren de la ayuda de estereoscopios o microscopios, para observar las sustancias que intervienen (como plasma), dando cohesión a agregados de suelos (Colombia, CENICAFE, 1975; Hanson,1996).
  • 55. Continuación • El resultado final de estos procesos son unidades de suelos que se denominan genéricamente como unidades estructurales. Las formas más conocidas de estructura del suelo son las de forma granular, migajosa y en bloques angulares y subangulares (Figura 1.18). • La importancia del desarrollo estructural se debe a que la formación de grietas y cavidades entre las unidades son muy importantes para el flujo de agua, la difusión de gases (como el oxígeno y el dióxido de carbono) y el crecimiento de las raíces. Indirectamente, estos procesos favorecen la infiltración de agua de lluvia, disminuyendo la cantidad de agua de escorrentía. Los factores que influyen la resistencia del suelo a la erosión son muy importantes en la conservación de suelos y en el control de contaminación. • La estructura puede ser mejorada, por efectos secundarios derivados de labranza, la adición de materia orgánica al suelo y el encalado. Pero también puede ser destruida por la compactación que produce el tránsito de maquina- ria agrícola en forma indiscriminada, sobre los terrenos agrícolas (Colombia, CENICAFE, 1975).
  • 56. TIPOS DE ESTRUCTURA DEL SUELO QUE PREDOMINAN USUALMENTE EN EL HORIZONTE A a) Granular arriba b) Sub angular abajo.
  • 57. FACTORES FISICOS QUE PROMUEVEN LA EROSION • En este subtema se analizan los efectos del clima, en especial los efectos relacionados con la lluvia. Luego, se analiza el efecto de la pendiente o la condición topográfica local, las características del suelo, especialmente relacionadas con aspectos físicos como la compactación, la textura y el desarrollo estructural. Por último, se analiza el factor relacionado con cobertura vegetal. • El clima incluye radiación solar, temperatura, humedad relativa, viento y lluvia. En erosión hídrica, el parámetro más importante es la lluvia. Como Costa Rica se encuentra ubicada en la Zona de Convergencia Intertropical (ZCT), el factor más agresivo es la lluvia, y su descriptor asociado es la erosividad, a través de tres variables: duración, intensidad y frecuencia de los eventos pluviales. Otras características intrínsecas de la lluvia son dos hidrodinámicas, que incluyen el tamaño de las gotas y su velocidad terminal.
  • 58. Continuación • Usualmente, su tamaño oscila entre 1 y 3 milímetros de diámetro, pero pueden alcanzar diámetros máximos de hasta 5 y 7 milímetros, cuando la intensidad de la lluvia se incrementa (Hudson, 1971; Schawb, et al, 1990). • La velocidad terminal se refiere a que un cuerpo en caída libre se acelera por la fuerza gravitacional, hasta que la resistencia ofrecida por la fricción del aire se equilibra con la fuerza de atracción ejercida por la gravedad terrestre. Al llegar al punto de equilibrio, su velocidad permanece constante. Esto se denomina velocidad terminal, y depende del tamaño y de la forma del cuerpo que cae, sujetas a las condiciones atmosféricas y de atracción gravitacional del planeta. • Ploey y Gabriels (1980), con base en las mediciones realizadas por Laws en 1941 y Gunn y Kinzer en 1949 (Ploey y Gabriels, 1980), establecen una relación entre el diámetro de gotas (o valor D) en milímetros y la velocidad terminal (o valor V) •
  • 59. En el caso de las gotas de lluvia, la máxima velocidad terminal que pueden alcanzar las gotas de lluvia es de 9,2 m s-l , cuando tienen un diámetro de 6,0 milímetros, como se indica en el Cuadro 1.2.
  • 60. Continuación • La lluvia es el factor determinante en los procesos de erosión hídrica. Su caracterización física, a través de los parámetros indicados de intensidad, duración y frecuencia, ha permitido que algunos investigadores definan el umbral de intensidad donde la lluvia se considera erosiva. Así, algunos investigadores estiman que todo evento pluvial con intensidad menor de 25 mm h-1 no es erosivo (Hudson, 1971). Algunas mediciones realizadas en el trópico húmedo indican que las lluvias con intensidad (130) mayor de 5 milímetros son erosivas. Pero las que tienen una intensidad menor de 5 mm, para 30 minutos de intensidad, no lo son (Cortés,1991). • El suelo tiene algunas características básicas que contribuyen a que el proceso erosivo se acelere. Seis de las más importantes son: • 1. Compactación: El trasiego indiscriminado de maquinaria agrícola en los campos de labranza compacta los primeros 10 a 30 centímetros de suelo, y en ocasiones a profundidades mayores, sellando mesoporos y macroporos. Esto impide una infiltración adecuada del agua de lluvia, favoreciendo la escorrentía y el arrastre de las partículas finas del suelo, especialmente limo y arcillas.
  • 61. características básicas que contribuyen a que el proceso erosivo se acelere • Compactación • Textura • Estructura • Densidad aparente • Topografía • Cobertura vegetal 1. Compactación. Compactación: El trasiego indiscriminado de maquinaria agrícola en los campos de labranza compacta los primeros 10 a 30 centímetros de suelo, y en ocasiones a profundidades mayores, sellando mesoporos y macroporos. Esto impide una infiltración adecuada del agua de lluvia, favoreciendo la escorrentía y el arrastre de las partículas finas del suelo, especialmente limo y arcillas.
  • 62. Continuación • Si la compactación es superficial, debido al impacto de las gotas de lluvia por dispersión de las partículas finas del suelo (limas, arcillas y arenas finas), se forma una costra delgada de 0,1 milímetro de espesor como estrato impermeable, y una zona de hasta cinco milímetros de partículas finas con mayor compactación que los estratos que continúan hacia abajo. • 2. Textura2. Textura: Los suelos con altos contenidos de limo son más vulnerables a la erosión que los que tienen altos contenidos de arcilla o de arena. En el caso de altos contenidos de arcilla, el suelo puede presentar estructura en bloques subangulares, fuerte en desarrollo, lo que lo hace resistente a la erosión pluvial. Pero también puede ser estructuralmente masivo, con poca porosidad y poca velocidad de infiltración de agua en el suelo, lo que favorece la escorrentía. • Los suelos con altos contenidos de arena fina, media o gruesa pueden resistir el impacto de las gotas de lluvia. Pero si el suelo se satura con agua, las partículas son arrastradas con el agua de escorrentía, por saltación.
  • 63. Continuación • 3. Estructura:Estructura: Un adecuado desarrollo estructural del suelo favorece la infiltración y disminuye la escorrentía. Esto ocurre en suelos franco arcillosos, franco arcillo limosos, arcillosos y arcillo limosos. • 4. Densidad aparente y porosidadDensidad aparente y porosidad: Los suelos con alta densidad aparente tienen menor porosidad. Sin embargo, lo que realmente interesa en la porosidad es el predominio de mesoporos y macroporos, que promueven la infiltración. Esto evita que el suelo se sature rápidamente con agua. • 5. TopografíaTopografía: Si se incrementa la pendiente en una región, normalmente aumenta la velocidad de escorrentía del agua de lluvia, y se incrementa la erosión. Adicionalmente, cuanto mayor es la longitud de la pendiente, habrá mayor vulnerabilidad del suelo (Cortés, 1991; Mitchell y Bubenzer, 1980). Un factor adicional que genera mayor pérdida de suelo por erosión es la forma de la pendiente. Hay dos formas: convexa y cóncava. Por el modelado fisiográfico, la erosión es mayor en pendientes convexas.
  • 64. Continuación • 6. Cobertura vegetalCobertura vegetal: La cobertura se refiere a las especies vegetales que crecen en una región o en una parcela. Su follaje, la densidad de siembra, la etapa de crecimiento y su estructura arquitectónico foliar protegen el suelo del impacto directo de las gotas de lluvia. Simultáneamente, sus raíces favorecen la retención del agua y regulan el flujo o la velocidad de escorrentía, especialmente en áreas de laderas, ya que constituyen un obstáculo que disipa la energía del agua que escurre. • Las etapas de crecimiento y la estructura foliar son muy importantes en parcelas bajo uso agrícola. Las plantas tienen cuatro etapas básicas: germinación, desarrollo, producción, y senectud o muerte. Cada una tiene períodos variables de tiempo, de acuerdo con la especie. También tienen diferente estructura foliar. Un análisis breve permite identificar mejor el efecto de la cobertura de cultivos hortícolas: • Los cultivos de papá tienen un follaje denso, con hojas compuestas y grandes, que protege efectivamente el suelo después de 40 días, en un 80-100 por ciento. Los cultivos de zanahoria y remolacha también tienen un follaje denso en la etapa de crecimiento y producción, no tanto por su biomasa foliar sino por su densidad de siembra, lo que les permite ser eficientes en cobertura. Pero los cultivos de cebolla, con una arquitectura foliar de hojas semicirculares, delgadas y alargadas, que se originan del bulbo, no dan cobertura al suelo ni en un 20 por ciento. • Con base en los factores físicos, se hace un desglose en variables activas y pasivas. Las pasivas son las que, durante un ciclo de cultivo, no sufren modificaciones en el suelo, como textura, estructura, densidad aparente y porosidad.
  • 65. EROSIVIDAD y ERODABILlDAD • La erosividad es resultado de la lluvia que causa erosión de suelos por el efecto directo de sus características físicas como la intensidad, la duración y la frecuencia del evento pluvial, sumado a las características hidrodinámicas de las gotas de lluvia. Se define como "...la habilidad potencial de la lluvia para causar erosión" (Hudson, 1971). La erosividad depende de la energía cinética asociada a la intensidad de la lluvia. • La erodabilidad es "...la susceptibilidad de los suelos para ser erosionados por agentes externos", entre ellos la lluvia (Hudson, 1971). La erodabilidad de los suelos depende de sus características físicas y del manejo que se da a estos, en cuanto a cultivos y terrenos. Puede evitarse utilizando sistemas de manejo de suelos que incrementen su cobertura superficial con cultivos, con desechos de cultivos o con sistemas de manejo alternas (como agroforestería), que pueden proteger parcialmente el suelo del impacto directo de las gotas de lluvia. También, puede evitarse con sistemas de protección de tierras, como cultivos en contorno, y sistemas de cultivos en terrazas. • La erodabilidad se puede controlar o disminuir, reforzando algunas características físicas del suelo que incrementen su resistencia a ser desplazados o erodados. Esto, a su vez, mejora su capacidad de infiltración de agua. Se puede lograr con la aplicación de abonos orgánicos, la labranza con arado de cincel y la labranza profunda, para romper capas o horizontes del subsuelo compactadas.
  • 66. BENEFICIOS DERIVADOS DE LA C. S. A. • Se pueden describir con base en sistemas de uso y manejo de suelos que anulen los daños que causa la erosión tanto directa como indirectamente. ∀ • El primer beneficio lo produce el uso de sistemas de conservación de suelos en áreas planas, con suelos profundos y adecuado abastecimiento de agua para los cultivos. ∀ • El beneficio final necesariamente incrementa la productividad de las parcelas dedicadas a cultivos agrícolas, siempre que se mantengan sistemas de control de drenajes y de fertilización en las parcelas. Además, estas estrategias de conservación garantizan que la pérdida de nutrimentos por lavado disminuya significativamente, en tanto se mantiene un adecuado contenido de materia orgánica del suelo, importante para el reciclaje de algunos nutrimentos como nitrógeno, fósforo y azufre. En cierta manera, esto contribuye a reducir los costos de fertilización (Colombia, CENICAFE, 1975; Costa Rica, MAG,1994). ∀ • El segundo beneficio es el control de pesticidas que se aplican a los cultivos. Si el agricultor se ajusta a las especificaciones indicadas en las etiquetas de los productos para las normas de aplicación y los controles de desechos, los problemas de contaminación de suelos, ríos estanques y represas disminuyen significativamente.
  • 67. Continuación ∀ • El tercer beneficio consiste en la protección de áreas que circundan las represas, mediante siembra de árboles y diseño de sistemas que capturen los sedimentos de suelos arrastrados por las aguas de escorrentía. El Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), en la represa de Arenal, realiza esta Función. Esto significa una mayor vida útil de las represas y un mejor ambiente acuático para especies piscícolas. • El cuarto beneficio, cuando se realizan programas de conservación de suelos en sectores regionales donde predominan fincas pequeñas, es evitar el deterioro de las fincas vecinas, ladera abajo. • Un quinto beneficio son los denominados beneficios intangibles. Son acciones que favorecen a las comunidades presentes y futuras. Incluyen la regulación de la cantidad y calidad de aguas para aprovechamiento humano e industrial y la protección de asentamiento s humanos de avalanchas, desplomes y deslizamientos, la conservación de vías de comunicación y una mejoría en las condiciones ecológicas regionales que ayudan a preservar la fauna, la flora y algunos de los microorganismos benéficos en la región de actividad biótica del suelo (Colombia, CENICAFE, 1975; Costa Rica, MAG,1994).
  • 68. TEMA II: ESCORRENTÍA SUMARIO  DEFINICIÓN DE ESCORRENTÍA Y CONCEPTO DE CUENCA HIDROGRÁFICA  EL PROCESO DE ESCORRENTÍA  FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE ESCORRENTÍA  TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (VALOR Tc).  CALCULO DE LA ESCORRENTÍA.  CAPACIDAD HIDRÁULICA DE LAS ESTRUCTURAS DE CONSERVACIÓN DE SUELOS.
  • 69. INTRODUCCIÓN • La escorrentía es un proceso de suma importancia en cualquier programa orientado hacia la conservación de suelos. Conociendo las variables de los suelos y las variables físicas relacionadas con la atmósfera, se pueden seleccionar sistemas de evacuación del exceso de agua de lluvia, de la parcela • El dominio del cálculo de la escorrentía, combinado con la versatilidad de diseñar las estructuras básicas de conservación de suelos, como canales guardia y zanjas de drenaje, permite su construcción. Estas estructuras se diseñan con una capacidad hidráulica suficiente para evacuar los excesos de agua a largo plazo, 10, 15 años. Esto se conoce hidrológicamente como períodos de retorno.
  • 70. OBJETIVOS • Al finalizar el estudio de este Tema, el estudiante deberá estar en capacidad de:  Aplicar el proceso de escorrentía dentro de las cuencas hidrográficas y los parámetros atmosféricos y de suelos, asociados al proceso.  Calcular los coeficientes de escorrentía dentro de una cuenca hidrográfica, y evaluar los coeficientes del agua de escorrentía (valor Qe) versus la capacidad de evacuar esa agua de escorrentía de las parcelas (valor Qc).
  • 71. DEFINICION DE ESCORRENTIA Y CONCEPTO DE CUENCA HIDROGRÁFICA • Es la cantidad del agua de lluvia que excede la capacidad de infiltración del suelo. Si la lluvia caída supera esa capacidad, el exceso escurre hacia arroyos, quebradas, ríos, lagos y océanos. Para realizar cálculos matemático-hidrológicos, el proceso de es correntía normalmente se considera asociado a una cuenca, denominada área de captación de la lluvia. • Una cuenca hidrográfica es una porción de terreno delimitada geográficamente por divisorias de aguas, que corresponden a las cimas de las colinas o las montañas que rodean los terrenos y sus componentes coluvioaluviales, ladera abajo.
  • 73. Delimitación topografica de cuencas con divisorias de aguas. • Entre ellos, se incluyen patrones geológicos locales y modificaciones sufridas en la superficie del terreno por procesos fluviales y tectónicos, que se pueden interpretar en mapas cartográficos o fotografías aéreas, mediante análisis fisiográfico (Figura 2.1).
  • 74. Accidentalmente, el basamento geológico de una cuenca puede alterar la escorrentía de una cuenca, aumentándola o disminuyéndola. Esto puede inferirse de la Figura 2.2, en la que parte de la lluvia caída al este de la cuenca es interceptada por el buzamiento este-oeste de estratos geológicos impermeables. Bajo esta condición, la escorrentía favorece la cuenca situada al oeste, como indica la flecha del diagrama. El análisis individual o comparativo de los procesos fluviales y coluvio-aluviales permite delimitar, mediante análisis fisiográfico, la cuenca en estudio. • DIVISORIA TOPOGRÁFICA y GEOLÓGICA. Efecto de la • geología en la captación de agua en una cuenca.
  • 75. Continuación El mecanismo para segregar cuencas fisiográficamente se basa en que la mayoría de ellas tienen diferentes relieves, patrones climáticos y diferentes materiales parentales o sus combinaciones estadísticas, incluyendo características diferenciadoras adicionales (como su orientación geográfica, el uso de la tierra, su altimetría y su forma: Ovalada, alargada, o de simetría casi cuadrada). Relieve, clima, fisiografía y geología pueden evaluarse cuando se dispone de los siguientes datos:  Relieve: Hojas cartográficas de Costa Rica, escala 1:50 000.  Clima: Especialmente lluvia. La información se obtiene de los registros de lluvia de las estaciones meteorológicas más cercanas al área de estudio, recopilados por el Instituto Meteorológico Nacional.  Material parental: Se obtiene de hojas cartográficas que contienen información geológica o geomorfológica. En Costa Rica, existe bastante información confiable al respecto.  Orientación geográfica: Hojas cartográficas de Costa Rica.
  • 76. Continuación   Uso de la tierra: Existen pocos mapas confiables en este país al respecto. Se requiere una inspección preliminar del terreno en que se desea determinar el uso de la tierra, y aplicar el sistema de clasificación de tierras del Servicio Nacional de Conservación de Suelos y Aguas (SENACSA), a los terrenos sujetos a evaluación técnica.   Altimetría y forma de la cuenca: Puede calcularse la altimetría con las curvas a nivel insertas en las hojas cartográficas. La forma de la cuenca se puede delimitar identificando las divisorias de aguas (como se ilustra en la Figura 2.1), apoyándose en las curvas a nivel de las hojas cartográficas de Costa Rica en escala 1:50 000. • Dos formas típicas de cuencas segregadas con la metodología indicada son la oval redondeada y la alargada o rectangular (Figura 2.3). La forma permite evaluar si las cuencas de forma oval o alargada son compactas o no. El coeficiente de cuenca compacta se determina con una relación matemática entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo de área equivalente. El objetivo para determinar este coeficiente es conocer el riesgo de inundación por desbordamiento de ríos, dentro de la cuenca (Calvo, 1996). Si la cuenca es compacta, el coeficiente tiende a uno o a un número menor que uno. Si no lo es, el valor crece, y siempre es mayor que uno.
  • 77. DETERMINAR LA FORMA DE LA CUENCA ES IMPORTANTE • Cuencas alargadas el tiempo de concentración (o tiempo en el cual se produce escorrentía en el punto de salida de la cuenca) demora más tiempo que en las cuencas oval redondeadas, rectangulares o de formas cuadradas (Hudson, 1971). Esto es, son menos compactas (Figura 2.3). • FORMA DE LAS CUENCAS: a) Oval redondeada, • b) Alargada. La forma oval redondeada es más compacta que la alargada.
  • 78. EL PROCESO DE ESCORRENTÍA • El agua de lluvia satisface inicialmente las demandas hídricas del suelo y el ambiente atmosférico que rodea los cultivos: temperatura, humedad relativa, lluvia, radiación solar y viento. Por efecto de las cinco variables citadas, se produce la transpiración de las plantas vía estomas y la evaporación del agua de la superficie del suelo. Simultáneamente, ocurre infiltración de agua en el suelo, parte de la cual se almacena en sus horizontes o estratos; dependiendo de su textura, estructura, tipos de poros y contenido de materia orgánica. • Cuando la precipitación pluvial ha cubierto todas las demandas, ocurre la escorrentía superficial. El proceso se desarrolla así: • Inicialmente, se forman pequeños empozamientos en diferentes sectores del terreno, especialmente en áreas microdepresionales de laderas (sean de cultivos, de pastos o de áreas forestales). • Cuando el exceso de lluvia supera la capacidad de almacenamiento del suelo, el agua fluye en sentido longitudinal de la pendiente (aguas abajo). El exceso de agua que desborda los sectores microdepresionales y que fluye hacia cauces más bajos se denomina agua de es correntía.
  • 79. FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE ESCORRENTIA • Existen dos factores generales que afectan el proceso de escorrentía: la lluvia y la cuenca (Luque, 1981). La lluvia • La lluvia influye en el proceso de escorrentía debido a tres características: intensidad, duración del evento y distribución geográfica dentro de la cuenca. Esto afecta la proporción entre la cantidad de agua que ha caído por acción de las tormentas y el volumen total de es correntía registrado en el punto de aforo, en la salida de la cuenca. • El total "de escorrentía está ligado a la duración de las tormentas. Para una intensidad específica, se generan las siguientes condiciones para la lluvia:   Infiltración: Es el ingreso vertical descendente del agua de lluvia a través de la superficie de un suelo no saturado con agua. Decrece con el tiempo de registro de una tormenta. Es influenciada por las propiedades físicas del suelo: textura, estructura, contenido de materia orgánica, grado de humedad inicial y presencia de grietas causada por la condición mineralógica de suelos que tienen arcillas 2:1 expandibles. También es influenciada por la presencia de canalículos remanentes a causa de raíces muertas, cuya mineralización y humificación deja espacios huecos en el suelo (usualmente macroporos).
  • 80. La infiltración se produce bajo las siguientes condiciones: • Cuando llueve, ingresa agua al suelo. Sus poros, especialmente mesoporos y microporos, se llenan de agua en forma paulatina. Cuando todo el sistema poroso del suelo se satura (incluyendo macroporos), el exceso de agua escurre en sentido de la pendiente, o se empoza, si el relieve es plano o plano cóncavo. • - Si en la cuenca se mantiene la misma intensidad de lluvia, y se duplica o triplica el tiempo de duración de la tormenta, en los terrenos de ladera se produce escorrentía, y en los terrenos planos se forman encharcamientos. Para este modelo, se asume que toda la cuenca recibe la misma intensidad pluviométrica. • Intensidad pluviométrica: Una tormenta de alta intensidad pero de corta duración no necesariamente produce escorrentía. Si la produce o no, dependerá del tiempo de duración de la tormenta, de la capacidad de infiltración del suelo y del área, o tamaño de la cuenca.
  • 81. TAMAÑO DE LA CUENCA • Tamaño de la cuenca: La cuenca del río Parrita es una cuenca grande en Costa Rica. Abarca aproximadamente 130 000 hectáreas. Se inicia en las faldas del Cerro Buena vista o Cerro de la Muerte, y concluye en la población costera de Parrita, en el Pacífico Central. • Una tormenta de alta intensidad y corta duración, localizada geográficamente dentro del área de la cuenca, en los alrededores del pueblo de Bijagual de Acosta, no necesariamente origina un volumen de escorrentía importante dentro del área total de la cuenca. Bijagual de Acosta se encuentra a pocos kilómetros de distancia del punto de drenaje principal de la cuenca del río Parrita, o su desembocadura en el mar. Pero si llueve con igual intensidad en toda la cuenca, se produce un volumen de escorrentía mayor. Cuando esto ocurre, se presentan condiciones desastrosas en la planicie aluvial-costera de Parrita, causando inundaciones. • Este enfoque, que se refiere al área de la cuenca y los eventos pluviales que la afectan parcial o totalmente, se visualizan en la Figura 2.4.
  • 82. DISTRIBUCIÓN DE LA LLUVIA EN UNA CUENCA • a) Una tormenta puede cubrir parte de la cuenca (área sombreada), pero no causa el máximo de flujo. • b) También puede cubrir toda la cuenca, lo que siempre causa la máxima escorrentía
  • 84. Relación entre intensidad de lluvia y tiempo  Si dos suelos tienen una capacidad similar para infiltrar agua de lluvia y se compara una intensidad pluviométrica de 60 mm/h, durante un período de tiempo de 20 minutos, con una lluvia de baja intensidad (23 mm/h) e igual tiempo, la escorrentía será mayor en los suelos sujetos a una mayor intensidad pluvial • También puede darse el caso de una tormenta de alta intensidad (70 o más mm/h), pero de corta duración (cinco minutos), y no necesariamente produce escorrentía máxima. Que esta se origine o no depende de la forma y del área de la cuenca, y del área que cubre el evento (tormenta) en la cuenca (Hudson, 1971).
  • 85. Distribución lluvia e intensidad Así se generan algunos modelos para diferentes intervalos de tiempo, que relacionan intensidad de lluvia y cuenca geográfica. Ellos son: • - Que abarque el área de la cuenca parcialmente (40 por ciento), con una intensidad alta, pero que en el resto del área de la cuenca no llueva. • - Que la distribución de la lluvia abarque toda la cuenca, y la intensidad de la lluvia sea alta, esto es, mayor de 70 mm por hora (Figura 2.4b). • -Que abarque algunos sectores del área de la cuenca con alta intensidad pluviométrica, y otros con baja o nula intensidad. • -Que abarque sectores del área de la cuenca con intensidad intermitente y distribuidas irregularmente en el tiempo • -Que la distribución de la lluvia abarque toda la cuenca, pero con una intensidad débil. • Independiente de los eventos de tormenta que ocurren en una cuenca y de la distribución pluviométrica, condicionados por la condición geográfica u orográfica, el proceso de escorrentía en una cuenca se puede complementar con otros parámetros, de la siguiente forma:
  • 86. Contaminación   Al inicio de una tormenta existe un flujo base, que es el aporte de agua subterránea de tormentas previas al caudal de los ríos. Si no ocurren lluvias en la cuenca, el flujo base disminuye paulatinamente con el tiempo.   Luego de que se inicia una tormenta, existe una etapa transicional en la que predomina la intercepción de la cobertura vegetal y la infiltración de agua en el suelo. En esta etapa, la escorrentía superficial no se manifiesta. La etapa finaliza cuando una cantidad de agua que escurre superficialmente alcanza el punto de salida, o el cauce del drenaje principal de la cuenca.   La curva de pérdidas de agua de la cuenca ocurre cuando se excede la capacidad de interrupción foliar de la vegetación y la capacidad de infiltración del agua en el suelo   Luego de iniciada la escorrentía superficial, se inicia la curva de ascenso de la escorrentía, que alcanza un caudal máximo (caudal pico), con base en el tiempo de concentración   Después de alcanzar el caudal máximo, hay una disminución del flujo de escorrentía, hasta que la curva de recesión se iguala con el flujo base.En todos los períodos (ascenso, caudal máximo y recesión) el proceso mediante el cual infiltra agua en el suelo es activo. Por esta razón, el nivel de agua subterránea aumenta el flujo base de la cuenca, incrementándose al final de la tormenta.
  • 87. La cuenca • La cuenca también afecta el volumen de escorrentía, debido a las siguientes características: • .Forma y tamaño: Como se indicó previamente, las cuencas oval redondeadas, redondas o de formas cuadrangulares son más compactas que las cuencas encajonadas a lo largo del cauce o río principal que drena la cuenca (que tienen forma más o menos rectangular). Como resultado, en las cuencas alargadas y angostas el volumen de escorrentía es menor que en las compactas, en función de áreas similares. • La justificación de un mayor o menor volumen de escorrentía se atribuye a la forma de la cuenca y a la tormenta que cae dentro de ella. Si el eje mayor de la cuenca es paralelo al curso de la tormenta, se produce mayor escorrentía que si el curso de la tormenta es transversal, porque no cubre toda la cuenca. Se considera, para esta condición hipotética, que la intensidad pluvial es similar.
  • 88. Graficos de tormenta y escorrentia. • Además, como las tormentas se desplazan en función de diferencias de presión atmosférica y de condiciones orográficas, se da la siguiente situación. Si una tormenta se desplaza hacia la parte superior de una cuenca, causa menor escorrentía que las que se desplazan desde la parte superior hacia la parte inferior de la cuenca, asumiendo intensidades pluviométricas similares (Hudson)
  • 89. El fenómeno se explica de la siguiente manera: • - Si la tormenta se desplaza hacia la parte superior de la cuenca (pendiente arriba), las gotas de lluvia que caen en el frente de avance de la tormenta demoran cierto tiempo (minutos u horas) en alcanzar el punto de drenaje o de salida de la cuenca. • - Si la tormenta se desplaza pendiente abajo de la cuenca, las gotas de lluvia que caen en el frente de avance de la tormenta demoran cierto tiempo (minutos u horas) en alcanzar el punto de drenaje o de salida de la cuenca. Pero se le suma la es correntía acumulada en la parte superior de la cuenca, lo cual acorta el tiempo para alcanzar el punto de salida o drenaje principal de la cuenca, por un efecto de recarga hídrica superficial o sub superficial.
  • 90. ORIENTACIÓN Y TOPOGRAFÍA DE LA CUENCA Las cuencas pueden estar orientadas hacia el sur, norte, este u oeste, o sus integrados cardinales: nornordeste, nornoroeste, etcétera. • En cuanto a topografía, esta puede ser accidentada, abrupta o escarpada, como son descritas en forma general, o pueden describirse técnicamente por sus categorías de pendiente como terrenos planos (0-3 por ciento de pendiente); ondulados (15 a 30 por ciento de pendiente) o escarpados (50 a 75 por ciento de pendiente). • Ambas variables (orientación y topografía) interrelacionan causando una mayor o menor es correntía en las cuencas, en función de otras variables ligadas al desplazamiento de la tormenta y las características de la lluvia, como intensidad, duración y frecuencia. • El porcentaje de humedad del suelo: Si al momento de ocurrir una tormenta el suelo está seco, o tiene un porcentaje de humedad muy bajo, tendrá mayor capacidad de absorber agua. Cuando el suelo está húmedo o casi a capacidad de campo, y ocurre una tormenta, el suelo se satura rápidamente, favoreciendo el proceso de escorrentía.
  • 91. MÉTODOS PARA EL CÁLCULO DE LA ESCORRENTÍA • La cantidad de escorrentía de una cuenca, o de un área parcial dentro de ella, está determinada mayoritariamente en función de las condiciones de textura y estructura del suelo. También tiene gran influencia el relieve local, las características de la lluvia, la condición geológico-estructural de la cuenca, la cobertura de la vegetación natural y el diseño geométrico-espacial de los sistemas de explotación agropecuaria o forestal: cultivos, pastizales para ganadería, o sectores de explotación forestal. Teniendo presente estos factores, se analiza uno de los métodos más utilizados para el cálculo de escorrentía: el método racional.
  • 92. METODO DE COOK • En la década de los años 50, Cook (citado por Hudson, 1971) Y Eppkin (1983) evalúan el método conocido como a w, pronunciado como "sigma W", donde la letra griega a representa estadísticamente una sumatoria de valores, y W se refiere a la palabra watershed del idioma inglés, que significa cuenca. • El método de Cook corresponde a la sumatoria porcentual, expresado en forma decimal, asignadas para el relieve, la infiltración del agua en el suelo, la cobertura vegetal y el almacenamiento superficial del agua. Siempre conserva su condición adimensional (Hudson, 1971; USo SCS, 1953 y Eppkin, 1983). • • En este método, la sumatoria de los parámetros permite obtener, con la ayuda de un nomograma, el pico máximo de descarga en m3 s -1, en función del área en hectáreas, para un tiempo de retorno pluviométrico de 50 años (cuando las áreas evaluadas son menores de 500 hectáreas) (US. CSS, 1953).
  • 93. METODO RACIONAL • Para estimar la es correntía de una cuenca, o de una región situada dentro de ella, existen varios métodos. El de mayor uso en el mundo después de la década de los años 30 de este siglo, ha sido el método racional (Ramser, 1927). Este investigador estableció un método simple para estimar la es correntía, con base en la siguiente fórmula: Q= ____ C I A ____ 360 • La simbología de la fórmula corresponde a: • Q = Volumen o caudal de escorrentía, en metros cúbicos por segundo • C = Coeficiente de escorrentía (adimensional). Usualmente es indicado • en las fórmulas de resolución de problemas, en forma decimal. Esto es: 10 % equivale a 0,1 • I = Intensidad de la lluvia en mm por unidad de tiempo • A = Área de la vertiente o cuenca, en metros cuadrados
  • 94. Continuación • El método fue originalmente diseñado para el sistema de unidades inglesas. Debería ser conocido como un método anglo-norteamericano, debido a que el desarrollo científico y tecnológico de los Estados Unidos de América en el área de la conservación de suelos, diseminó en el planeta el sistema sajón, para las mediciones de longitud, volumen y área. • En el sistema de unidades inglesas, el valor C (coeficiente ligado a pendiente, textura, cobertura vegetal, infiltración y retención hídrica por el suelo) es adimensional. Ese valor C, en el sistema internacional de unidades (SI), también es adimensional. Simultáneamente, el valor 1 (intensidad de la lluvia) se incluye en la fórmula original, en pulgadas por hora, mientras el valor del área de la cuenca (valor A), o sus subáreas, denominados sectores parciales, se especificaba en acres. Actualmente, los valores de intensidad de lluvia y área se describen en milímetros y en hectáreas. • El método racional, readecuado para el sistema internacional de unidades (SI), permite calcular la escorrentía máxima de una cuenca con base en la ecuación
  • 95. Continuación Q= CIA 360 que es equivalente a: Q= 0,0028 CIA • Para ambos sistemas de unidades, la simbología es: • Q = Razón de la escorrentía máxima de diseño • C = Coeficiente de escorrentía de la cuenca, o de un sector evaluado dentro de una cuenca • I = Intensidad de lluvia para un período de retorno y para un período de tiempo, igual al tiempo de concentración de la cuenca • A = Área de la cuenca • El divisor 360 (1_= 0,0028, redondeado) es una constante que convierte la ecuación original a las 360 unidades del Sistema Internacional. • En el Sistema Internacional de Unidades (SI), las unidades son: • Q = Caudal en metros cúbicos por segundo, expresado en m3 S-1 • C = Factor adimensional. Corresponde al factor de escorrentía, ponderado mediante el uso del Cuadro 3.6. Puede ser convertido a una fracción decimal • I = Intensidad de la lluvia, registrada en milímetros por hora (mm h-1 ) A = Área en metros cuadrados o en hectáreas
  • 96. Continuación • Para obtener el coeficiente de escorrentía o valor C, Ramser (1927) inicialmente propuso una serie de valores deducidos empíricamente de investigaciones realizadas en varias cuencas. Posteriormente, el valor C fue definido como la relación entre el grado de máxima escorrentía en una cuenca y la intensidad de la lluvia (Schwab el al, 1990). • Las investigaciones posteriores en cuencas pequeñas para un solo cultivo demostraron que los efectos fundamentales de la escorrentía estaban ligados al grado de infiltración de la cobertura vegetal y de la intensidad de la lluvia. Así, Horn y Schwab (1963) definen una serie de coeficientes C para cuencas agrícolas, con base en la conducta hidrológica de los suelos, que agrupa la condición textural en cuatro tipos de suelos, en relación con su potencial de escorrentía. En este libro no se indica esa condición textural, pero el enfoque incluye la cobertura vegetal, los índices pluviométricos y el sistema de siembra de los cultivos (Horn y Schwab, 1963).
  • 97. Continuación • En 1966, el método de Cook es reajustado por el Departamento de Conservación de Suelos de los Estados Unidos de América. La principal modificación es que, en lugar de estimar la tasa de escorrentía, estima el volumen (Schwab, et al, 1966). Para 1972, este método es conocido como el Método de las tierras altas (Schwab, et al, 1990). • Este método funciona bajo el supuesto de que la lluvia cae con una intensidad uniforme y una duración por lo menos igual al tiempo de concentración de la cuenca. Se asume que la lluvia cubre la cuenca totalmente. Si se cumplen es-tos supuestos, la lluvia y la escorrentía de la cuenca se representan gráficamente (Figura 2.6).
  • 99. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (VALOR Tc) • El tiempo de concentración para una cuenca (Tc) es el tiempo teórico que demora una gota de agua que cae en el sitio más alejado del punto de salida final de la cuenca, luego de que el suelo y las microdepresiones cóncavas del relieve se saturaron con agua. • Descrito en forma práctica, es cuando la primera cantidad de agua de lluvia que ingresa a la cuenca (mientras ocurre una tormenta de alta intensidad) llega al sitio de drenaje principal de la cuenca luego de que el suelo se ha saturado, y el agua que llena las depresiones de las laderas se derrama. En este punto se alcanza el tiempo de concentración o valor Tc (Figura 2.6). • Se desarrollaron más de 66 fórmulas para calcular el tiempo de concentración (Tc). En la mayoría de esas fórmulas se asume que todas las partes de la cuenca, o del sector evaluado, aportan el agua que sale por la sección principal de drenaje de la cuenca, o del sector evaluado (Chow, 1962).
  • 100. Continuación • De todas esas fórmulas, Kirpich (1940) desarrolló uno de los métodos de mayor aceptación en el área de ingeniería de aguas y suelos, para calcular el tiempo de concentración o valor Tc de una cuenca. La fórmula, redondeada a dos decimales para el primer término, es la siguiente (Hudson, 1971): Tc = 0,02 x L0.77 x S -0..385 La siguiente fórmula también es equivalente (Eppink, 1983): Tc = 0,02 (L0.77 ) 0.77 S0.5 • Otra fórmula que ofrece resultados similares es la de Chow, citado por Eppink (1983). La fórmula es: Tc = 0,07( L ) 0.64 S 0..5
  • 101. Continuación • Normalmente, los resultados obtenidos con la fórmula propuesta por Chow (1962) exceden en un 10 a 15 por ciento los valores obtenidos con la fórmula de Kirpich (1940). Pero cuando se sobreestima el tiempo de concentración con bajos valores porcentuales, se considera que se agrega un pequeño margen de seguridad en el diseño de estructuras para proteger el suelo de escorrentía y sus concomitantes procesos erosivos. • Igualmente, se agrega ese pequeño margen de seguridad si se calculan los tiempos de concentración por ambos métodos, y se obtiene un promedio (Eppink, 1983). • La simbología utilizada en las fórmulas anteriores es la siguiente: • Tc = Tiempo de concentración en minutos • L = Longitud máxima de la corriente en metros • S = Diferencia de altura entre el punto más remoto o alejado de la cuenca y el punto de salida del agua de la cuenca (m/m)
  • 102. Continuación • Conviene reflexionar cuidadosamente respecto al cálculo del tiempo de concentración que se da en una cuenca (valor Tc). Los siguientes párrafos incluyen los factores o variables asociadas con las cuencas, que determinan parcialmente el valor final de tiempo de concentración (Tc) determinado para una cuenca. Para cualquier cuenca sometida a análisis, el parámetro Te depende de:   Las características fisiográficas, geomorfológicas y geológicas de las cuencas. . Las condiciones estructurales y texturales de los suelos.   La cobertura vegetal y el contenido de materia orgánica de los suelos.   La pendiente general del terreno.   La intensidad de la lluvia y el período de retorno permiten calcular la intensidad crítica de diseño en milímetros por hora para un evento pluviométrico (tormenta) y un período de retorno dado. Las intensidades críticas calculadas varían con el tiempo de retorno, lo cual es evidente de la Figura 2.7a. También tiene influencia el promedio de lluvia anual, porque implica variaciones significativas en los volúmenes de recarga hídrica de una cuenca. Así, no ocurre igual recarga en una cuenca situada en una región con una lluvia promedio anual de 750 milímetros, que en una cuenca situada en una región con promedio anual de lluvia de 1500 milímetros (Figura 2.7b).
  • 104. TEMA III ECUACIÓN UNIVERSAL DE LA PÉRDIDA DE SUELO (EUPS) SUMARIO CALCULA LAS PÉRDIDAS DE SUELOS POR EROSIÓN.  APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN.  ANÁLISIS DE LOS FACTORES DE LA EUPS.
  • 105. OBJETIVOS • Al finalizar el estudio de este Tema, el estudiante deberá estar en capacidad de:  Analizar los factores de la EUPS, con base en las fórmulas específicas para cada factor, y su forma de aplicación.  Calcular los diferentes parámetros de la EUPS, para obtener, mediante la aplicación de suelo la causa de los procesos erosivos.
  • 106. INTRODUCCION • Existen muchos sistemas que permiten determinar la pérdida de suelos por erosión y su impacto económico y social en la población rural, que depende económicamente de la producción agrícola y de su valor en el mercado. Algunos sistemas incluyen el diseño de pequeñas parcelas donde se analiza la escorrentía. • Otros incluyen la simulación de eventos mediante lluvia artificial, donde se controla la cobertura vegetal y el grado de inclinación de la pendiente, o mediante la simulación de modelos matemáticos. • Otro sistema es la EUPS. Una ventaja que tiene es que se puede aplicar en cuencas hidrográficas, cuando se evalúan estadísticamente todas las variables de la ecuación.
  • 107. ECUACIÓN PARA CALCULAR LAS PÉRDIDAS DE SUELOS POR EROSIÓN • La de mayor aceptación en gran cantidad de países, es la EUPS. • Esta ecuación es conocida como EUPS, en español, y USLE , en inglés. En este tema se analiza la ecuación universal de la pérdida de suelos (EUPS), y la forma en que se determinan sus variables.
  • 108. Desarrollo histórico EUPS Para definir los parámetros de la EUPS, se evaluaron datos por más de 40 años, en parcelas pequeñas, en varios estados EUA. Las parcelas o unidades experimentales evaluadas tenían una longitud de 22,13 m y una pendiente uniforme del nueve por ciento, en sentido longitudinal. Dentro de ellas se aislaron las interacciones complejas entre prácticas de manejo de cultivos (factor C), o los métodos de conservación (factor P), de tal forma que sólo se evaluaran los factores o parámetros individuales. Las parcelas se mantuvieron bajo barbecho al menos durante dos años. Posteriormente se preparaban mediante labranza, hacia arriba y hacia abajo de la parcela, para cultivada periódicamente. El objetivo de la labranza fue preparar adecuadamente la cama de siembra para controlar las malezas.
  • 109. La ecuación es un diseño estadístico de regresión múltiple para cinco factores que los investigadores definieron como responsables del proceso de erosión hídrica: clima, suelo, pendiente, cobertura vegetal y prácticas de manejo. Dos variables son dimensiónales: la variable R, dependiente de la lluvia, y la variable K, dependiente de las características de los suelos, que incluyen textura, contenido de materia orgánica, estructura y su permeabilidad. Las otras variables son adimensionales. Ellas son: pendiente, valor de la pendiente en porcentaje, cobertura y prácticas de manejo.
  • 110. • Por ejemplo, la variable relacionada con la pendiente es adimensional, y se obtiene con la fórmula general: • L ( I )m • I1 • L = Longitud de la pendiente en metros • I = Longitud de la parcela evaluada en metros • I1 = Longitud de la parcela demostrativa o parcela unitaria igual a 22,13 m, con base en estimaciones empíricas • m = Factor exponencial que depende de la pendiente en porcentaje, desde 0,5 hasta 5,0 por ciento. Este factor convierte a la pendiente en valor adimensional, ya que introduce en su cálculo un valor porcentual. • Conviene indicar que el efecto de longitud de la pendiente y su escabrosidad o relieve abrupto, no son independientes de la erodabilidad, la cobertura o la erosividad. • De esta manera, la EUPS se convirtió en la ecuación más utilizada en muchos países, para estimar las pérdidas de suelo por erosión. La ecuación se complementa con los datos generados por más de cien mil unidades experimentales por año, en las cuales se sumaron y analizaron estadísticamente los registros pluviométricos, y de simuladores de lluvia.
  • 111. EL USO DE ECUACION HA SIDO CUESTIONADA EN OTROS PAISES • El diseño • La ecuación fue calibrada para regiones del medio oeste de los Estados Unidos de América. Se aduce que las características climáticas, edáficas, geomorfológicas y de uso y manejo de suelos difieren marcadamente de las condiciones presentes en países tropicales, entre ellos Costa Rica y Filipinas (Vahrson, 1990; Bruce, 1985). • Adicionalmente, algunos investigadores insisten en que muchos parámetros fueron establecidos en forma empírica, queriendo, en el fondo, darle un matiz despectivo. Sin embargo, conviene que tales investigadores se remonten en la historia y comprueben que muchas verdades científicas actuales se originaron de observaciones empíricas. Un ejemplo basta: Sir Isaac Newton formula su teoría de la gravitación o atracción universal, después de haber visto caer la manzana desde el árbol respectivo.
  • 112. QUE EVALUA LA EUPS La ecuación evalúa la pérdida del suelo, pero no los sedimentos erosionados previamente, que se depositan o acumulan en otros lugares. Se debe reconocer que los investigadores norteamericanos han realizado esfuerzos muy útiles y orientadores. Esto ha permitido el diseño de una ecuación de suelos para estimar su pérdida con diseños empíricos, evaluando parcelas modelo, simultáneamente, los indicadores pluviométricos (Bruce, 1985).
  • 113. La ecuación y sus parámetros La ecuación universal predice la pérdida de suelos debido a procesos erosivos, especialmente de origen hídrico. Se define matemáticamente de la siguiente forma: A= R • K • L • S • C • P El significado de los parámetros de la ecuación que se indica con símbolos alfabéticos es: A: La pérdida del suelo por causa de la erosión R: El factor asociado a la erosividad de la lluvia. Este factor está ligado a la cantidad, duración e intensidad de los eventos de lluvia y se evalúa dentro de un período dado. Se calcula para todos los eventos pluviales o tormentas que ocurren en un año, en tanto que "el período dado" puede abarcar varios años. El factor R indica la capacidad de las lluvias de causar erosión en los suelos, por características asociadas a las gotas de lluvia, como intensidad, duración y frecuencia, e indirectamente al tamaño, velocidad de impacto y la energía cinética asociada a las gotas de lluvia.
  • 114. K: Es el factor asociado a la erodabilidad del suelo. Este factor indica la susceptibilidad del suelo a ser erodado por propiedades intrínsecas ligadas a su condición textural, materia orgánica, la permeabilidad del perfil del suelo y su desarrollo estructural. L: Es el factor asociado con la longitud de la pendiente. Con el factor L se asume que a mayor longitud de la pendiente, hay mayor susceptibilidad de los suelos a sufrir erosión. S: Es el factor asociado al grado de la pendiente. Se determina en forma porcentual. Se considera que a mayor grado de pendiente hay mayor erosión, o mayor riesgo de erosión de los suelos. C: Es el factor involucrado en la cobertura del suelo. Participa en este factor el manejo que se da a los cultivos. P: Es el factor relacionado con las prácticas de conservación de suelos utilizados en una región o en una zona agrícola.
  • 115. Los factores A, R, Y K son parámetros que se pueden medir en unidades de longitud, área, volumen y tiempo. Pero los factores S, e y P son variables adimensionales. El grado de inclinación de la pendiente (S) se mide en porcentaje y se expresa como factor adimensional. En realidad, la expresión "porcentaje de pendiente" significa medir la longitud del terreno y su grado de inclinación, que luego se transforma en porcentaje. Tradicionalmente, en el área científica, los valores porcentuales se consideran adimensionales. Los parámetros e (factor de cobertura del suelo) y P (relacionado con las prácticas usuales de conservación de suelos) son estrictamente adimensionales. Estos factores o variables no se pueden medir con precisión, pero pueden estimarse con base en parámetros indirectos obtenidos de mediciones empíricas.
  • 116. Dimensiones de los factores de la ecuación EUPS FACTOR SIMBOLO DIMENSIONES SIMBOLOGÍA Intensidad de lluvia (mm) I Longitud________ tiempo Energía de la lluvia por lluvia unitaria E longitud ● fuerza____ Area ● longitud Erosividad de las tormentas El Longitud ● fuerza● Longitud Area ● tiempo Pérdida de Suellos A Masa_______ Area ● tiempo Erosividad anual R Longitud ● fuerza● Longitud Area ● tiempo ● tiempo Erodabilidad del suelo K Masa ● área ● tiempo_____ Área ● lonitud ● fuerza ● long. Longitud de la pendiente L (Longitud)m longitud Pendiente P Adimensional Manejo de la cobertura C Adimensional Prácticas de conservación P Adimensional
  • 117. SIMBOLOGIA: F = Longitud - fuerza Area - longitud L y Long = logitud en unidades métricas del sistema internacional (SI) M = masa L2 = tiempo T = tiempo M M = Exponente que varía entre 0,2 y 0,5. Este símbolo está relacionado con los valores porcentuales de la pendiente de un terreno. La ecuación universal de la pérdida de suelos o EUPS, se desarrolla como un método para predecir la pérdida promedio anual del suelo entre ríos, arroyos o vías de agua. Se denomina "universal" porque se considera exenta de generalizaciones y restricciones geográficas inherentes a los primeros modelos matemáticos diseñados para evaluar pérdidas de suelos.
  • 118. APLICACIÓN DE LA ECUACION       Predecir la pérdida anual del suelo en una parcela, bajo condiciones  específicas de uso de la tierra.        Guiar  en  la  selección  de  sistemas  de  cultivo  y  de  manejo,  para  establecer  prácticas de conservación de suelos bajo condiciones de pendientes específicas.       Predecir el cambio en la pérdida de suelo que resultaría de un cambio en el  uso de la tierra.       Determinar de qué modo aplicar o modificar las prácticas de conservación de  suelos, para establecer un cultivo más intensivo.       Estimar las pérdidas de suelos en áreas con un uso distinto al agrícola, como  áreas de pastizales o parcelas forestales.       Estimar las pérdidas de suelos, lo que permite a los técnicos en conservación  de suelos diseñar sistemas adecuados para la protección del recurso suelo. Estos  sistemas pueden incluir prácticas agronómicas, mecánicas o sus combinaciones La  ecuación  se  desarrolla  para  calcular  la  pérdida  promedio  anual  a  largo  plazo  (varios años). 
  • 119. ANÁLISIS DE LOS FACTORES DE LA ECUACION UNIVERSAL DE LA PERDIDA DE SUELOS • Todos los factores de la ecuación universal (EUPS) tienen gran  influencia en la pérdida de suelos. Que uno u otro predomine  depende  frecuentemente  del  clima,  del  relieve,  de  las  propiedades físicas del suelo y de los sistemas de uso, manejo y  protección del suelo.
  • 120. Erosividad causada por la lluvia (factor R) • La erosividad es un proceso ligado a la agresividad de la lluvia por  sus características hidrodinámicas. I • Incluye el tamaño o diámetro de la gota, su velocidad de impacto  en el suelo, que causa desprendimiento de las partículas menores  de  0,05  mm,  en  el  ámbito  de  limos  y  arcillas,  y  el  transporte  posterior  de  estas  partículas  en  suspensión,  arrastradas  por  películas superficiales de agua. • El  factor  R  es  la  sumatoria  de  los  valores  individuales  de  la  erosividad  de  las  tormentas,  y  es  producto  de  dos  variables  o  características de la lluvia: la energía cinética (E) y la intensidad  m máxima (1), evaluada para un período de 30 minutos. 
  • 121. Energía total de la tormenta (factor E) • Una  tormenta  es  el  registro  de  un  evento  lluvioso,  durante  un  período  o  unidad  de  tiempo,  que  puede  incluir  lapsos  de  15,  30  Y  60  minutos.  Si  la  lluvia durante el lapso evaluado es menor de 13 mm y está separada de otros  períodos de lluvia por más de seis horas, no se computa (a menos que en ese  lapso caigan 6 mm de lluvia durante 15 minutos continuos). • El factor E corresponde a la energía total de una tormenta, en tanto que 1 es la  intensidad  máxima  de  lluvia  en  30  minutos.  Estadísticamente,  R  (o  erosividad), es la sumatoria de las tormentas ocurridas durante un año, desde j  = 1 (primera tormenta), hasta la tormenta n (enésima), o última tormenta del  año.  El  factor  R  es  producto  del  factor  E  (energía),  multiplicado  por  la  intensidad (1), hasta el jotaésimo evento de un período estudiado.  • La fórmula correspondiente es:   R = Σ (E ● I).n j j= 1
  • 122. • Donde: • R = Energía total de la tormenta o evento pluvial • j = 1 = Primera tormenta, en el registro anual de tormentas • n = Número de tormentas durante el período evaluado (1 año) ∀ Σ = Sumatoria de todos los eventos de lluvia o tormentas evaluadas •  E = Energía total de la tormenta • I = Intensidad máxima de lluvia en 30 minutos • J = jota. Estadísticamente denominado jotaésimo: último evento de todos • los  eventos  de  tormentas  analizados  durante  un  período  de  tiempo,  generalmente anual   • La energía cinética para una sola tormenta (e) o evento pluvial, se calcula con  base en la ecuación:  e = 0,119 + (0,0873●log10 I) • Donde: • = Intensidad de la lluvia, en mm por hora  • = energía cinética para una sola tormenta
  • 123. Es  necesario  tomar  en  cuenta  que  la  energía  cinética  se  indica  en  algunos  libros  y  documentos  con  e  minúscula,  en  tanto  que  en  otros se indica con E mayúscula.  Con el ejemplo presentado en el Cuadro 3.3, se realiza el cálculo de  la  energía  cinética  para  una  tormenta,  con  base  en  el  sistema  internacional de unidades. Para hacer los cálculos respectivos, se  utilizan los datos básicos que se complementan con los datos de  duración,  cantidad  e  intensidad  de  la  lluvia,  derivados  de  los  datos básicos.  Posteriormente, se realizan los cálculos para determinar la energía  por unidad de lluvia y la energía por incremento de tormenta. Al  final, se realiza la sumatoria de la energía cinética, con base en el  incremento  de  tormenta,  que  corresponde  al  símbolo  (E).  El  sistema de cálculos se explica al final del Cuadro 3.3 y 3.4.
  • 124. EJEMPLO DE CÓMPUTO DE LA ENERGÍA DE UNA TORMENTA
  • 125.   Considerando el valor de 77 mm/hora como el de mayor intensidad del evento,  se calcula la intensidad real (1), en mm/hora, que corresponde a la tormenta  analizada (Por esa razón, en el Cuadro 3.3 ese valor se marca con un  asterisco). La cantidad de agua acumulada, o profundidad en mm (27 mm de lluvia), durante  el intervalo de máxima intensidad (77 mm/hora), se convierte en el valor 130  para esta tormenta. Luego, la cantidad acumulada o valor I30 , multiplicado por  dos, como se indica a continuación: 2● 27 = 54 mm/hora (es decir, el producto  da la intensidad en mm por hora: 54 mm/hora). Como resultado final se obtiene que el valor R de esta tormenta es el producto de  E ● 1, igual a 8,59● 54 = 463,8 MJ ● mm/ha ● h. En resumen,   R = E ● I = 8,59 ● 54 = 463,8 MJ mm ha-1 h-1
  • 126. RESUMEN       Existen  diferentes  de  sistemas para calcular la perdida  de  suelo  por la  erosión.  Uno de los sistemas de mayor aceptación es la Ecuación Universal de la Perdida  de Suelo. Conocida por sus siglas en español como EUPS.       El  diseño  actual  de  la  ecuación  requirio  mas  de  40  años  de  investigaciones  realizadas  en  parcelas  experimentales.  El  diseño  estadistico   es  de   regresión multiple  y  evalua  a  cinco  factores  relacionados  con  la erosión  hidrica: clima, suelo, pendiente, cobertura vegetal y manejo del cultivo.  La ecuación tiene seis variables 1. Erosividad causada por la lluvia ( R ) 2. Erodabilidad facilidad del suelo a sufrir procesos erosivos ( K ) 3. Longuitud de la pendiente en areas de ladera ( L ) 4. Grado de la pendiente expresado en porcentaje ( S ) 5. Factor de cobertura del cultivo en terreno agricolas, forestales o ganaderos ( C ) 6. Factor esta relacionado con las practicas de conservación de suelo ( P )
  • 127. En la ecuación dos variables son dimencionales (R y K). Las otras  son adimencionales. La ecuacion evalua la perdida de suelo indicado como factor A,  producto de la multiplicación de las seis variables anteriores. Los usos principales de la ecuación EUPS permiten predecir las  perdida annual de suelo en una parcela o en cuencas hidrograficas.  Ademas sirve como guia para seleccionar sistemas de cultivo y de  manejo, para predecir cambios en la perdida de suelo como el  resultado de un cambio en los cultivos. Tambien para determinar las practicas de C.S. cuando se desea  establecer un cultivo intensivo, y estimar las perdidas de suelo en  areas con usos diferentes al sistema agricola, como terrenos para  ganaderia o bajo uso forestal.
  • 128. Ademas a la ecuación, se analizan seis factores que causan erosión de suelo. Dos  de ellos son la erosividad (o factor R) y la erodabilidad (o factor K). Erosividad en la agresividad de la lluvia debido a sus caracteristicas  hidrodinamicas como tamaño de la gota lluvia y la velocidad de impacto en  el suelo. El factor R involucra dos conceptos la energia total de una tormenta (que se  representa con la sigla E) y la intencidad de la lluvia milimetros por hora (i).  El producto de E x I es igual R. La erodabilidad se obtiene utilizando el nomograma, que evalua cinco parametros  del suelo que son : limo mas arena muy fina, arena gruesa, porcentaje de  materia organica, estructura y permeabilidad. Los restantes cuatro factores son:  1. Longuitud de la pendiente ( L ) 2. Grado de la pendiente ( S ) 3. Manejo del cultivo ( C ) 4. Metodos de control de la erosión ( P )
  • 129. Erodabilidad del suelo (factor K) Permite discriminar lo susceptible que es el suelo a sufrir procesos erosivos.  El  factor K depende de cinco parámetros:      El porcentaje de limo, de 0,002 a 0,05 mm de diámetro, más el porcentaje de  arena muy fina de 0,05 a 0,10 mm de diámetro.      El porcentaje de arena gruesa de 0,10 a 2,0 mm de diámetro.      El contenido de materia orgánica en porcentaje. . La estructura del suelo.      La permeabilidad, o la facilidad con la que el agua penetra en el perfil del  suelo.      Los parámetros estructurales incluyen los siguientes tipos:  - Granular muy fina. - Granular fina. - Granular media o gruesa. -        Se  agrupan  las  estructuras  blocosa  y  laminar.  Se  incluye  en  este  tipo  la  condición  masiva,  que  es,  en  realidad,  ausencia  de  estructura  o  de  desarrollo  estructural en el suelo o perfil estudiado.  
  • 130. Los parámetros de permeabilidad incluyen los siguientes calificativos:       Rápida, Moderada a rápida, Moderada, Lenta a moderada Lenta, Muy lenta   Como los parámetros varían entre los suelos, estos son más o menos susceptibles  a la erosión. Para cualquier suelo, el factor de erodabilidad K es la cantidad de erosión que se presenta dentro de una parcela con dimensiones de longitud, pendiente y cobertura, preestablecidas con base en las normas del  Servicio de Conservación de Suelos adscrito al Departamento de Agricultura  de los Estados Unidos de América. Para calcular el valor K, se determinan en un laboratorio de suelos los valores  porcentuales de limo más la arena muy fina, el porcentaje de arena gruesa, el  porcentaje de materia orgánica y su tipo de estructura en una muestra de suelo.  En el campo se determina la permeabilidad con pruebas de infiltración o  mediante pruebas de conductividad hidráulica. El tipo de estructura puede ser  determinado en el campo por edafólogos con experiencia, o en laboratorio,  analizando su forma y grado de desarrollo, y midiendo el tamaño de las  diversas formas estructurales. El valor K se obtiene usando nomograma  
  • 131. Se explica el funcionamiento del nomograma con base en el ejemplo que incluye el artículo  escrito por Mitchell y Bubenzer (Mitchell, J. K. Y Bubenzer, G. D. 1984; Foster, G. R. et al, 1981). Para aplicar el ejemplo, deben seguirse las líneas punteadas que aparecen en el  nomograma. Al trabajar con el nomograma, siga el procedimiento indicado, evaluando los datos del  Cuadro 3.5, obtenidos para un suelo de los Estados Unidos de América.   Cuadro 3.5 PORCENTAJES DE LIMO MÁS ARENA MUY FINA Y PORCENTAJES DE ARENA  GRUESA CON GROSOR DIAMÉTRICO PROMEDIO DE 1,0 A 2,0 mm. SE INDICA EL  PORCENTAJE DE MATERIA ORGÁNICA, LA ESTRUCTURA Y LA  PERMEABILIDAD DEL SUELO limo + arena muy  fina Arena gruesa (%) Materia orgánica  % Estructura Permeabilidad 65 5 3 Tipo 2 Tipo 4
  • 133. Longitud y grado de la pendiente (L y S) • La longitud: es la distancia desde el punto de origen de flujo erosivo hasta el  punto donde ocurre sedimentación del material. Los cálculos obtenidos con la  EUPS  se  basó  en  una  parcela  modelo  o  normalizada,  de  22,13  metros  de  longitud. Para definir L se usa la ecuación: • L = (__X__)m 22,13 • Donde: • L = Factor de longitud de la pendiente • x = Longitud de la pendiente en metros • m = Un exponente que depende del porcentaje de pendiente Los valores son:  0,5 si la pendiente es mayor o igual a 5 por ciento  0,4 si la pendiente es > 3 y < que 5 por ciento 0,3 si la pendiente es > 1 y < que 3 por ciento 0,2 si la pendiente es < que 1 por ciento
  • 134. El valor S: grado de la pendiente, para una parcela normalizada con una pendiente de 9 por ciento, se calcula con la siguiente fórmula:   S = 0,06á-+0,045s + 0,065S2 Donde: S   =    Factor de gradiente de pendiente S   =    Gradiente en porcentaje   El valor general de la longitud multiplicado por la pendiente (L ● S), se obtiene  con la ecuación:   LS = (___X___ )m (0,065 + 0,045s + 0,0065S2 ) 22,13 Observación: El factor topográfico LS usualmente sobreestima la pérdida de suelo  en pendientes cóncavas, y las subestima en pendientes convexas.
  • 135. Manejo de cultivos (factor C)     Este factor representa la pérdida del suelo a partir de una  condición específica del cultivo y la cobertura del suelo.  La evaluación de este factor es compleja, debido a que  existen  sistemas  de  cultivo  y  de  rotaciones  muy  variados. A la vez, la duración y la secuencia de cultivos  en  las  fincas  cambian  en  su  distribución  espacial  casi  todos los años. Adicionalmente, la etapa de crecimiento  del  cultivo  afecta  el  valor  C.  Algunos  valores  para  C,  como  promedio  anual,  se  obtuvieron  en  África  y  se  presentan en el Cuadro 3.6.
  • 137. Métodos de control de erosión (factor P)       Este factor es la proporción de la pérdida del suelo cuando se  hace uso de alguna práctica de conservación. comparado con la  pérdida de suelo que se presenta en los cultivos ubicados en las  laderas  de  las  colinas  o  de  las  montañas,  donde  no  se  utilizan  prácticas de conservación de suelos.  Los  métodos  para  controlar  la  erosión  son  líneas  de  cultivo  en  contorno, el cultivo de franjas en contorno y el terraceo.  Observe que la rotación de cultivos, la fertilización y la retención de  residuos  de  cosecha,  que  son  métodos  o  sistemas  importantes  para  el  control  de  la  erosión  y  consideradas  como  prácticas  agronómicas, se incluyen en los factores de manejo de cultivos  (factor C). 
  • 139. • Es  importante  destacar  que  los  modelos  y  los  sistemas  de  evaluación para medir técnicamente el problema erosivo hídrico  o eólico son severamente criticados.  • Por ejemplo, los modelos utilizados por WEPP (cuyas siglas en  inglés  corresponden  a  "proyecto  de  predicción  por  erosión  hídrica", traducidos al idioma español) han incluido, a lo largo de  sus  extensas  investigaciones,  un  gran  esfuerzo  para  definir  los  valores  de  escorrentía  y  la  pérdida  de  suelo  asociada  a  este  proceso.  • Para ello, se ha evaluado el registro pluviométrico de casi 5000  eventos de lluvia. Igualmente, se han registrado las interacciones  entre  lluvia  y  cobertura  del  suelo  con  cultivos,  pastizales  y  bosque,  además  de  las  condiciones  de  pendiente,  manejo  de  cultivos y conductividad hidráulica de los suelos.
  • 140. En síntesis, la seguridad y la confiabilidad de los modelos  siempre es puesta en duda.  El  problema  es  realmente  complejo,  y  las  variables  relacionadas con la erosión cambian constantemente en  función de los índices de lluvia, suelos y cultivos.  Es  digno  de  alabar  el  esfuerzo  que  han  realizado  tantos  investigadores para tener, al menos, una guía confiable  que nos permite evaluar las principales variables ligadas  al proceso de erosión, que ponen en peligro tan valioso  recurso.  Esta es la base fundamental en la obtención de productos  alimenticios,  maderables,  medicinales  y  ornamentales  que requiere la población humana.
  • 141. RESUMEN       Existen  diferentes  de  sistemas para calcular la perdida  de  suelo  por la  erosión.  Uno de los sistemas de mayor aceptación es la Ecuación Universal de la Perdida  de Suelo. Conocida por sus siglas en español como EUPS.       El  diseño  actual  de  la  ecuación  requirio  mas  de  40  años  de  investigaciones  realizadas  en  parcelas  experimentales.  El  diseño  estadistico   es  de   regresión multiple  y  evalua  a  cinco  factores  relacionados  con  la erosión  hidrica: clima, suelo, pendiente, cobertura vegetal y manejo del cultivo.  La ecuación tiene seis variables 1. Erosividad causada por la lluvia ( R ) 2. Erodabilidad facilidad del suelo a sufrir procesos erosivos ( K ) 3. Longuitud de la pendiente en areas de ladera ( L ) 4. Grado de la pendiente expresado en porcentaje ( S ) 5. Factor de cobertura del cultivo en terreno agricolas, forestales o ganaderos ( C ) 6. Factor esta relacionado con las practicas de conservación de suelo ( P )
  • 142. En la ecuación dos variables son dimencionales (R y K). Las otras  son adimencionales. La ecuacion evalua la perdida de suelo indicado como factor A,  producto de la multiplicación de las seis variables anteriores. Los usos principales de la ecuación EUPS permiten predecir las  perdida annual de suelo en una parcela o en cuencas hidrograficas.  Ademas sirve como guia para seleccionar sistemas de cultivo y de  manejo, para predecir cambios en la perdida de suelo como el  resultado de un cambio en los cultivos. Tambien para determinar las practicas de C.S. cuando se desea  establecer un cultivo intensivo, y estimar las perdidas de suelo en  areas con usos diferentes al sistema agricola, como terrenos para  ganaderia o bajo uso forestal.
  • 143. Ademas a la ecuación, se analizan seis factores que causan erosión de suelo. Dos  de ellos son la erosividad (o factor R) y la erodabilidad (o factor K). Erosividad en la agresividad de la lluvia debido a sus caracteristicas  hidrodinamicas como tamaño de la gota lluvia y la velocidad de impacto en  el suelo. El factor R involucra dos conceptos la energia total de una tormenta (que se  representa con la sigla E) y la intencidad de la lluvia milimetros por hora (i).  El producto de E x I es igual R. La erodabilidad se obtiene utilizando el nomograma, que evalua cinco parametros  del suelo que son : limo mas arena muy fina, arena gruesa, porcentaje de  materia organica, estructura y permeabilidad. Los restantes cuatro factores son:  1. Longuitud de la pendiente ( L ) 2. Grado de la pendiente ( S ) 3. Manejo del cultivo ( C ) 4. Metodos de control de la erosión ( P )
  • 145. MECANICA DE LA EROSION DE LOS SUELOS CONTENIDO: 1. Conceptos generales relacionados con la erosión 2. Clases generales de erosión 3. Agentes erosivos 4. Clasificación de los procesos de erosión hidrica 5. Niveles de erosión
  • 147. CONCEPTOS GENERALES RELACIONADOS CON LA EROSION DEL SUELOS Es el desprendimiento y arrastre de particulas finas, ligado a factores  geologicos, geomorfologicos, antropicos, hidricos y eolicos.  Las particulas finas son desprendidas y arrastradas por agua de  escorrentia. Posteriormente, sedimentan en areas bajas y  depresionales, o son conducidas al mar.  De esta manera la erosión de suelos incluye tres etapas basicas:  desprendimiento, transporte y sedimentación.
  • 149.      La erosión es un proceso degradativo de los suelos que modifica física y  químicamente los sustratos heterogeneos, de gravas y gravillas (2 - 7.4 mm).  Mayor de 10 mm son conocidas como guijarros. Pero si es menor de 2 mm se  denomina arenas, limos y arcillas.     El proceso erosivo inicia con el desgaste de las rocas y de los materiales rocosos,  que estan en la superficie y que conducen a la producción de guijarros, arenas,  limos y arcillas. La arcilla representa el ultimo estado de modificación fisica,  químicos del proceso erosivo.     La modificación fisica ocurre en los afloramientos rocosos, por la reducción que  sufren en el tamaño, convirtiendolos en grava y gravillas a lo largo del tiempo.     La modificación química ocurre cuando las particulas por meteorización  alcanzan tamaños muy pequeños, menor de 2 mm. Entonces se dan procesos de  hidrolisis, hidratación e intercambio ionico (aniones y cationes).      
  • 151. CLASES GENERALES DE EROSION 1. Erosión geológica 2. Erosión antrópica 3. Erosión eólica y la hídrica Erosión geologica:         Es el desgaste de rocas y sedimentos provenientes de la fractura  de materiales rocosos, situados en la superficie terrestre. Es causada por los siguientes factores:  • La radiación solar • Las tenciones gravitacionales y la inercia rotacional del planeta • Calor interno, ligados a la geología interna del planeta. • Otros factores como el viento, lluvia, procesos fluviales y  maritimos.
  • 152.    Estos factores contribuyen a fracturar las masas rocosas, y producen  detritos que son residuos que no exeden a 10 mm.      Los detritos se acumulan en la superficie de la litosfera. Luego son  distribuidos por procesos hidrologicos aqui sufren transformaciones  fisicas y quimicas, como reducción del tamaño y perdida o ganancia  de elementos químicos, hasta llegar al tamaño menor de 2 mm,  donde se reclasifican como componentes del suelo que incluye  arena limo y arcilla. La erosión geologica produce a lo largo de una evolución lenta e  imperceptible, el desgaste de las superficies rocosas, la  modificación de los paisajes y la acumulación de sedimentos en  areas mas bajas.