Ecuación universal de perdida de suelo mediante la aplicacion del Arcgis

La definición erosión

Según Miranda (1992), la erosión es aquel proceso de desprendimiento y arrastre de partículas del suelo provocado por la acción del agua, o del viento, o su remoción en masa.

Existen dos clases de erosión:

a) La erosión geológica o natural: Esta se produce por la dinámica del medio ambiente, como el agua de las lluvias, la corriente de los ríos, el viento, el clima, la topografía. Esta erosión es imperceptible y tiende a buscar la estabilidad en la superficie del suelo y equilibrio entre el proceso de desgaste de la roca o material parental terrestre y la formación nueva del suelo.

b) La erosión acelerada: Es propiciada por el hombre al romper el equilibrio entre los suelos, la vegetación, el agua y los animales. Esta erosión se da cuando el ecosistema natural es transformado por la práctica productiva del hombre en un agroecosistema, en este proceso se altera el ciclo básico del ecosistema natural, es decir, de los diferentes flujos de la relación suelo-planta-agua. En consecuencia se produce un empobrecimiento químico del suelo, se reduce las poblaciones de microorganismos y empeoran las características físicas del suelo.

Los agentes erosivos más importantes que actúan en la erosión acelerada son: La lluvia, el viento, los ríos, la temperatura, los animales, el hombre y el laboreo agrícola.

Principales formas de erosión

Miranda (1992), identifica dos formas de erosión principales:

a. Erosión hídrica: Es producido principalmente por efecto de la lluvia. El impacto de las gotas de agua en el suelo descubierto, ocasiona el desprendimiento de sus partículas y su remoción por agua de escorrentía. Los factores que intervienen en este proceso son: La intensidad y frecuencia de las lluvias, el relieve del terreno, la longitud de la pendiente, la cobertura vegetal, el tipo de suelo y el manejo del suelo.

Existen tres formas de erosión hídrica:

· Erosión laminar

· Erosión en surcos

· Erosión en cárcavas

b. Erosión eólica: Causado por el viento en terrenos sueltos, localizado en regiones con variaciones altas de temperatura, poca precipitación y predominio de vientos fuertes. La acción que el viento ejerce sobre la superficie del suelo depende de la fuerza y velocidad con que sopla. Sin embargo, son otros los factores que facilitan esta forma de erosión: Velocidad del viento, excesivo laboreo del suelo, uso de herramientas inadecuadas, sobre pastoreo de la cubierta vegetal, suelo suelto, seco y desestructurado, superficies extensas sin barreras vivas o cortinas rompevientos.

Agentes que afectan la erosión

Bergsma (1998), indica que los procesos de erosión dependen de la precipitación, del material geológico, de la posición relativa en el paisaje (sobre flujo y humedad antecedente), de la forma de la pendiente, del uso y manejo del suelo.

Según Vargas (1994), los principales agentes de la erosión son: El agua, el viento, cambios de temperatura, el pisoteo por sobrepastoreo y las prácticas agrícolas inadecuadas.

Modelos utilizados para la determinación de la erosión

La erosión por su distribución espacial, está condicionada por muchos factores interactuantes, es un proceso que no puede ser medido en forma precisa y de manera sencilla. La estimación de las tasas de erosión se realizan con base a pruebas de campo y modelos que consideran al mundo real como un sistema.

La Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE) fue formulada por Wischmeier y Smith (1968 - 1978), la cual fue modificada posteriormente por Lane y Nearing (1989) introduciéndole el factor de erosividad y el factor topográfico, conocida ahora como Ecuación Universal de la Pérdida de Suelo Modificado (MUSLE / RUSLE).

Como describe Mannaerts (1999) en su obra, el RUSLE puede ser usado apropiadamente para:

ü Predecir pérdida de suelo promedio a largo plazo en condiciones de campo especificas, usando un sistema especifico de manejo.

ü Para predecir erosión entre surcos y en surcos, en pasturas, cultivos y sitios en construcción.

ü La pérdida de suelo calculado por el modelo, es la cantidad de sedimento perdido por el perfil, no la cantidad de sedimento que deja la cuenca o el terreno.

ü El perfil del paisaje es definido por una longitud de la pendiente, la cual es la longitud del origen del flujo superficial hasta el punto donde el flujo alcanza una mayor concentración o una mayor área de deposición como en las pendientes cóncavas y cerca de los límites del terreno.

ü Para estimar las tasas de erosión que son removidas del suelo, en zonas criticas del paisaje y que guían a la elección de las prácticas de control de la erosión hasta un nivel de pérdida de suelo tolerable.

Mannaerts (1999) describe el RUSLE con la siguiente expresión matemática:

A= R*K*LS*C*P (Ec. 1)

Donde:

A = Pérdida de suelo promedio anual en [t/ha/año].

R = Factor erosividad de las lluvias en [MJ/ha*mm/hr].

K = Factor erodabilidad del suelo en [t/ha.MJ*ha/mm*hr].

LS = Factor topográfico (función de longitud-inclinación-forma de la pendiente), es adimensional.

C = Factor ordenación de los cultivos (cubierta vegetal), adimensional.

P = Factor de prácticas de conservación (conservación de la estructura del suelo), adimensional.

A continuación se describe brevemente cada factor, que forma parte de la Ecuación Universal de la Pérdida de Suelo.

Erosividad de la lluvia (Factor R): Es el potencial erosivo de la lluvia que afecta el proceso de erosión del suelo. La erosión por gotas de lluvia incrementa con la intensidad de la lluvia. Una suave y prolongada lluvia puede tener la misma energía total que una lluvia de corta duración y más intensa. Cuando la energía se combina con la intensidad de la lluvia, el resultado es un buen predictor del potencial erosivo.

Estimación del factor de R para la estación Camantulul por evento de lluvia, esto se realizo mediante la discretización de las bandas de lluvia a cada 30 minutos, posteriormente se calculó la energía y se obtuvo un modelo que relaciona la cantidad de lluvia por evento y la energía producida para erosionar el suelo.

Mediante la aplicación de arcgis 9.3 se realizo la interpolación espacial del factor R 

Erodabilidad del suelo (Factor K): Es factor muy complejo que se entiende, como la facilidad con la cual el suelo es desprendido por el salpicamiento durante lluvia o por flujo superficial. Esta propiedad del suelo está relacionada al efecto integrado de la lluvia, escurrimiento e infiltración.

Los suelos generalmente llegan a ser menos erosivos con una reducción en la fracción de limo a pesar del correspondiente incremento de la fracción de arcilla o arena.

El factor K representa el efecto de las propiedades del suelo y de las características del perfil del suelo en la pérdida de suelo. Los valores de K son asignados usando el nomograma de erodabilidad del suelo, que combina el efecto del tamaño de las partículas, %MO, código de la estructura del suelo y la clase de permeabilidad del perfil.

El factor de erodabilidad del suelo se calcula con la ecuación del nomograma de Wischmeier citado por Mannaerts (1999).

Figura 1. Monograma de erodabildad
   

Factor topográfico (factor LS): Está dividida en longitud de pendiente e inclinación de pendiente.

a) Longitud de pendiente (L): La longitud de pendiente es definida como la distancia horizontal desde el origen de un flujo hasta el punto, donde el gradiente de la pendiente reduce lo suficiente para que la deposición inicie y el escurrimiento llega a ser concentrado en un canal definido.

b) Inclinación de la pendiente (S): El factor de inclinación de la pendiente refleja la influencia de la gradiente de la pendiente en la erosión. El potencial de erosión se incrementa con la inclinación de la pendiente.

La pendiente y la longitud de la pendiente son medidas perpendicularmente a las curvas de nivel.

El factor LS combinado en RUSLE representa la proporción de pérdida de suelo de una longitud e inclinación dada. Valores más que 1 representan condiciones más erosivas que la condición de referencia (Mannaerts, 1999).

Factor de manejo de cobertura (C): El factor C es usado para reflejar el efecto de la cultivación y prácticas de manejo en las tasas de erosión. Este factor mide como el potencial de pérdida de suelo será distribuido en el tiempo durante la construcción de actividades, rotación de cultivos, y otros esquemas de manejo.

El factor C está basado en el concepto de desviación estándar, siendo el estándar un área bajo condiciones de barbecho con cultivo limpio. El valor de C para condiciones estándar es 1.

La relación de pérdida de suelo por vegetación y manejo de residuos de cultivo se calcula en base de 5 subfactores:
1. Subfactor de uso previo (PLU): Expresa la influencia de la erosión de suelo de los efectos residuales en el subsuelo de previos cultivos y el efecto de las prácticas de labrado en la consolidación del suelo. RUSLE evalúa el efecto de la biomasa en el subsuelo (raíces y residuos enterrados en la superficie a 4 pulgadas) para resistir la erosión. Además localiza la descomposición de la biomasa en la superficie y en el subsuelo, los cuales son calculados para cada periodo semimensual.

2. Subfactor de cobertura de dosel (CC): Expresa la efectividad de la cobertura del dosel para reducir la energía de la lluvia que golpea la superficie del suelo. Aunque la mayor parte de la lluvia eventualmente alcanza la superficie del suelo, la lluvia interceptada por el dosel alcanza la superficie del suelo con menor energía.

3. Subfactor de cobertura superficial (SC): RUSLE asigna tasas de descomposición específicas a los residuos basado en la proporción de C:N para el residuo.

4. Subfactor de rugosidad de la superficie (SR): Una superficie rugosa tiene muchas depresiones y barreras. Durante un evento de lluvia, estas trampas de sedimento y agua causan superficies rugosas a erodar a bajas tasas que las superficies lisas bajo condiciones similares. La SR está definida por condiciones base por unidad de parcela que está limpio de cultivos, suave y expuesta a lluvia de moderada intensidad.

5. Subfactor de agotamiento de la humedad del suelo (SM): La humedad antecedente del suelo tiene una influencia substancial en la infiltración y el escurrimiento y así de este modo en la erosión del suelo.
                                                                                                                                         

Prácticas de control de la erosión (Factor P): Es la relación de pérdida de suelo con prácticas de soporte a la pérdida correspondiente con labranza en pendiente, la cual tiene un valor de 1.

Estas prácticas de control de la erosión, factor que modifica los patrones de flujo y el grado o dirección de superficie de escurrimiento. Para las prácticas de soporte de tierras cultivadas, generalmente incluye contorno, cultivos en faja, terraceo y drenaje subsuperficial.

RUSLE calcula el factor P basado en porcentajes de pendiente, longitud de pendiente, rugosidad, altura de bordes, distribución de la energía (EI), grupo de suelos hidrológicos y el efecto de terrazas contra la pendiente.

Resultado 

Todo el modelo se trabajo en Arcgis 9.3 utilizando la extensión de análisis espacial