ecuación usle
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA
HIDROGRFICA DEL RO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL
DE PRDIDA DE SUELO
DERLY XIMENA GALVIS MARTIN
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOT
2008
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA
HIDROGRFICA DEL RO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL
DE PRDIDA DE SUELO
DERLY XIMENA GALVIS MARTIN
Tesis presentada como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero
Ambiental y sanitario
Dirigido por:
Ing. Rubn Daro Londoo
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOT
2008
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
Nota de aceptacin
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Ing. Rubn Daro Londoo
Director
Ing. Jos Antonio Galindo Martinez
Jurado
Ing. Marta Luca Monroy Linares
Jurado
Bogot xx Febrero de 2009
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
A mi madre que con su trabajo constante trabajo ha sacado adelante a su hija.
A Henry por mostrarme las herramientas para tomar mis decisiones y
responsabilizarme por ellas.
A mis dos comanditas que me dijeron que no fuera desagradecida.
Y a Dios por darme el regalo de estas cuatro personas.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
AGRADECIMIENTOS
Le agradezco al Ing. Rubn Daro Londoo por ser la gua para el desarrollo de
este documento.
A los Ing. Onofred Sierra secretario de la secretaria de agricultura de la
Gobernacin de Cundinamarca y al administrador de recursos naturales Javier
Moncada, por su dedicacin y desinters en el desarrollo de este proyecto.
A la Corporacin Autnoma de Cundinamarca y al Instituto de meteorologa y
Climatologa de Colombia, por su eficiente trabajo y su gentileza en la prestacin
de informacin.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
CONTENIDO
INTRODUCCIN 15
RESUMEN 17
2 OBJETIVOS 19
2.1 GENERAL 19 2.2 ESPECFICOS 19
3 MARCO REFERENCIAL 20
3.1 MARCO CONCEPTUAL 20 3.1.1 PROCESOS EROSIVOS. 23 3.1.2 TIPOS DE EROSIN. 25 3.1.3 EROSIN ELICA. 25 3.1.4 EROSIN HDRICA. 26 3.1.5 CUENCAS HIDROGRFICAS. 29 3.2 MARCO TERICO 35 3.2.1 ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO 35 3.2.2 PRESUPUESTO TERICO DE LA ECUACIN 36 3.2.3 ORIGEN DE LA ECUACIN 37 3.2.4 ALCANCES Y RESTRICCIONES DE LA ECUACIN. 37 3.2.5 MODIFICACIONES PROPUESTAS AL MODELO ORIGINAL 39 3.2.6 RESULTADOS OBTENIDOS DE LA APLICACIN DE LA ECUACIN 40 3.2.7 FACTORES QUE COMPONEN LA ECUACIN 45 3.2.8 UNIDADES DE PAISAJE 52 3.3 MARCO LEGAL 56
4 METODOLOGA 57
4.1 DOCUMENTACIN 58 4.2 REGISTRO 59 4.3.1 DESCRIPCIN Y DELIMITACIN DEL REA DE TRABAJO 59 4.3.2 ZONIFICACIN DE LA CUENCA HIDROGRFICA 60 4.3.3 IDENTIFICACIN DE ESCENARIOS 61
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
4.4 EVALUACIN 61 4.5 ANLISIS 62
5 GENERALIDADES DEL REA DE ESTUDIO 63
5.1 DESCRIPCIN DE LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RO SISGA 63 5.1.1 CAPACIDAD DEL EMBALSE 64 5.2 CARACTERSTICAS BIOFSICAS DE LA CUENCA HIDROGRFICA 67 5.2.1 DESCRIPCIN CLIMTICA 67 5.2.2 GEOLOGA 71 5.2.3 SUELOS 75 5.2.4 TOPOGRAFA Y PENDIENTES 78 5.2.5 BIOLOGA (FAUNA Y FLORA) 80 5.3 CARACTERSTICAS SOCIOECONMICAS DE LA CUENCA HIDROGRFICA 80 5.4 PROCESO PARA EL ANLISIS MORFOMTRICO 82
6 ZONIFICACIN DE LA CUENCA HIDROGRFICA EN UNIDADES DE PAISAJE 86
7 IDENTIFICACIN DE ESCENARIOS HIDROCLIMATOLGICOS 88
8 EVALUACIN DE LOS FACTORES DE LA USLE 90
8.1.1 FACTOR DE EROSIVIDAD R 91 8.1.2 FACTOR DE ERODABILIDAD DEL SUELO K 97 8.2 FACTOR TOPOGRFICO LS 102 8.3 FACTOR DE COBERTURA VEGETAL C 104 8.4 FACTOR DE PRCTICAS DE MANEJO P 108 8.5 ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO 108
9 ANLISIS DE RESULTADOS 111
10 CONCLUSIONES 117
11 RECOMENDACIONES 120
BIBLIOGRAFA 122
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Valores del coeficiente de Gravelius 32
Tabla 2. Factores que componen la USLE 35
Tabla 3. Descripcin de los alcances, beneficios, restricciones y limitaciones de la
USLE. 38
Tabla 4. USLE modificaciones 39
Tabla 5. Modificacin de la expresin del factor de erosividad 47
Tabla 6. Caractersticas resumen del Embalse del Sisga 64
Tabla 7. Valores comparativos de volumen y rea en el embalse del Sisga 65
Tabla 8. Relacin cota-volumen, embalse del Sisga 66
Tabla 9: Valores medio multianuales de precipitacin de la estaciones de la
cuenca del ro Sisga 70
Tabla 10: Descripcin de las unidades geolgicas de la cuenca del Sisga, nombre,
smbolo. 73
Tabla 11 : Clasificacin de la unidades de suelo segun su composicin. 76
Tabla 12. Distribucin del Uso y Cobertura del Suelo 77
Tabla 13: Distribucin de los rangos de pendiente, extensin territorial y
porcentual, para la cuenca del ro Sisga. 79
Tabla 14: Valores de los ndices morfomtricos de la cuenca del Sisga. 84
Tabla 15. Valores curva hipsomtrica del la cuenca del ro Sisga 85
Tabla 16: Unidades de paisaje del a cuenca hidrogrfica del ro Sisga y su rea. 87
Tabla 17: Descripcin de las estaciones de la cuenca del ro Sisga. 88
Tabla 18: Valores de precipitacin de los escenarios para la evaluacin del ndice
de erosividad 89
Tabla 19: Valores del ndice de agresividad pluvial o factor de erosividad para los
diferentes escenarios hidroclimatolgicos 95
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
Tabla 20: Ejemplo de la evaluacin del ndice de erosividad 95
Tabla 21: Ejemplo de los resultados de la evaluacin de K para una unidad de
paisaje 100
Tabla 22: Valores del factor de erodabilidad para las unidades de suelo de la
cuenca del ro Sisga. 101
Tabla 24: Intervalos del factor topogrfico 104
Tabla 23: ejemplo de los resultados de la evaluacin de LS para una unidad de
paisaje. 104
Tabla 25: valores del factor C 105
Tabla 26: valores medios de C para las unidades uso y cobertura del suelo para la
cuenca del ro Sisga. 106
Tabla 27: ejemplo de la evaluacin del factor de uso del suelo 107
Tabla 28: valores de la USLE para cada una de las unidades de paisaje y los
escenarios hidroclimatolgicos. 110
Tabla 29: tolerancia de los suelos a la erosin. 114
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
LISTA DE IMGENES
Imagen 1. Embalse del Sisga, Chocont, Cundinamarca. 21
Imagen 2. Transporte de sedimentos. La Esmeralda, Boyac 22
Imagen 3. Zona afectada por erosin elica. Gepyrache, Guajira 25
Imagen 5. Medidores y graficadores de la precipitacin. Pluviogrma y bandas
pluviogrficas 26
Imagen 4. Influencia de la erosin elica e hdrica. Villa de Leyva, Boyac. 26
Imagen 6. Extraccin minera, procesos antrpicos que potencializan la erosin.
Gepyrache, La Guajira 29
Imagen 7: representacin de la cada de gotas de lluvia 46
Imagen 8. Cultivos de la regin. A la derecha papa y a la izquierda fresa. 81
Imagen 9. Desarrollo de la industria de flores 81
Imagen 11: ejemplo de la descripcin de los perfiles de la cuenca el rio Sisga. 98
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
LISTA DE GRFICOS
Grfico 1. Recuento de la precipitacin para la cuenca de ro Sisga. 69
Grfico 2: distribucin porcentual de la unidades de uso y cobertura del suelo, en
la cuenca del ro Sisga 78
Grfico 3. Curva Hipsomtrica de la cuenca del ro Sisga 85
Grfico 4: evaluacin el factor de erosividad para ao, ao seco y ao promedio
mediante el ndice de Fournier Modificado. 97
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: clasificacin de la carga de los sedimentos 22
Figura 2: clasificacin de los componentes de la USLE 45
Figura 3: Unidades de paisaje de una Cuenca Hidrogrfica 55
Figura 4 : metodologa para la aplicacin de la USLE. 57
Figura 5. Referencia del Municipio de Chocont, Cundinamarca. 63
Figura 6: Curva -Capacidad, embalse del Sisga 66
Figura 7: esquema de las estructuras de la cuenca del Sisga 72
Figura 8: imagen satelital con la distribucin de la unidades geolgicas 74
Figura 9: proceso lgico para la evaluacin de la USLE 90
Figura 10: representacin de R en unidad de paisaje 95
Figura 11 : nomograma de erodabilidad para la USLE 99
Figura 12: representacin de K en unidad de paisaje 100
Figura 13: modelo de elevacin digital de la cuenca del ro Sisga. 103
Figura 14: representacin de L.S. en unidad de paisaje. 104
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
LISTA DE ECUACIONES
Ecuacin 1: factor general topogrfico. 49
Ecuacin 2: factor topogrfico para secciones irregulares de terreno. 50
Ecuacin 3: factor topogrfico para pendientes menores del 20% y longitudes
menores de 350 m. 50
Ecuacin 4; factor topogrfico para pendientes mayores del 20% 50
Ecuacin 5: USLE 108
Ecuacin 6: prdida media de suelo 109
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
ANEXOS
ANEXO 1: VALORES MEDIOS MENSUALES DE PRECIPITACIN 127
ANEXO 2: VALORES DEL NDICE DE EROSIVIDAD 132
ANEXO 3: VARIACIN DE LA PRECIPITACIN EN LAS ESTACIONES DE LA
CUENCA HIDROGRFICA DEL SISGA 137
ANEXO 5: MAPA DE ALTURAS 140
ANEXO 6: UNIDADES DE USO Y COBERTURA DE LOS SUELOS DE LA C.H
DEL SISGA 141
ANEXO 7: PROCESO PARA LA OBTENCIN DE LAS UNIDADES DE USO Y
COBERTURA DEL SUELO 142
ANEXO 8: CLASIFICACIN DE USOS Y COBERTURA DE LOS SUELOS DE
CUENCA DEL RO SISGA SEGN LA GOBERNACIN DE
CUNDINAMARCA 144
ANEXO 9: TEMTICAS CARTOGRFICAS DE LA USLE 145
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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INTRODUCCIN
La generacin de sedimentos en una hoya hidrogrfica tiene gran incidencia en la
vida til de los embalses, ya que las condiciones de esta, puede incidir en la
batimetra del vaso, reduciendo o ampliando la vida til del reservorio de agua. Es
por esto que con el objeto de estimar el aporte de suelo erosionado de la cuenca
Hidrogrfica del ro Sisga al embalse que lleva consigo el mismo nombre, ubicado
en el municipio de Chocont, en el departamento de Cundinamarca - Colombia,
se evalu la Ecuacin Universal de Prdida de Suelo (USLE: Universal Soil Loss
Equation), propuesta por Wischmeier, W. y Smith, D., 1958 la cual integra
factores tales como de cobertura vegetal, textura y uso del suelo, intensidad y
duracin de las lluvias, entre otros factores.
Actualmente, el mtodo frecuentemente utilizado para el clculo de la erosin
hdrica es la Ecuacin Universal de Prdida de Su
elo, la cual integra dentro de sus bondades, la cuantificacin de la cantidad de
sedimentos aportados a cuerpos de agua, adems sirve como herramienta para la
evaluacin de la severidad de erosin.
En Colombia, es comn encontrar que los planes de desarrollo econmico y social
no suelen incluir medidas de conservacin y proteccin de los recursos naturales
(agua, suelo, aire, fauna y vegetacin). Esto ha trado como consecuencia el
deterioro de dichos recursos, lo cual se ha manifestado en la reduccin de
terrenos aptos para la agricultura, desaparicin de bosques primarios o
destruccin de la cobertura vegetal, entre otros. La planificacin integral de las
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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cuencas busca definir el plan de manejo y desarrollo de una cuenca, considerando
criterios econmicos, ambientales, sociales y de sostenibilidad.
Para alcanzar los objetivos propuestos del trabajo, se ha estructurado en cuatro
etapas el desarrollo del proyecto: el primero consiste en la documentacin de
textos especializados que hayan incluido la temtica propuesta, es decir, aquellas
experiencias que se haya tenido de la ecuacin Universal de Prdida de Suelo,
que sirva como base metodolgico de la aplicacin de la misma en condiciones
locales. Adems de la revisin de informacin segundaria, que permita estimar la
configuracin de la cuenca, las caractersticas socioeconmicas y otras
herramientas que logren dar respuesta a la aplicacin de la USLE. El segundo
epgrafe est destinado al registro de toda esta informacin recopilada, clasificada
y destinada a la descripcin de la hoya tributaria, la cual da apertura al tercer
apartado del proyecto, que consiste en aplicacin del modelo matemtico y
finalmente la cuarta etapa comprende el anlisis del desarrollo de la Ecuacin
Universal de Prdida de Suelo.
Este estudio cuenta los sistemas de informacin geogrfica como mecanismo de
interpretacin, proyeccin y anlisis de los resultados obtenidos
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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RESUMEN
Este trabajo tiene como objetivo la estimacin cuantitativa de la generacin de
suelo erosionado de la cuenca Hidrogrfica del ro Sisga y aportado al embalse
que recibe este mismo nombre, ubicado en el municipio de Chocont,
Cundinamarca, mediante la aplicacin de La Ecuacin Universal de Prdida de
Suelo, la cual comprende los conceptos universalmente conocidos de los agentes
generadores de erosin tales como el potencial erosivo de las gotas de lluvia, los
componentes topogrficos como la longitud y grado de pendiente, adems la
textura del suelo erodado, el uso/cobertura y prcticas de conservacin del suelo.
Para el desarrollo del proyecto se cont con la herramienta del Sistema de
Informacin Geogrfica SIG, que dio los mecanismos para la interpretacin de los
resultados obtenidos.
La cuenca del ro Sisga pos su configuracin morfomtrica, tiene potencial en la
generacin de sedimentos. A partir de los resultados obtenidos en la aplicacin de
la USLE se estimo que la tasa media de aporte de sedimentos de toda la cuenca
hidrogrfica al embalse es de 1007,4 Ton/Ha-Ao.
Palabras clave: erosin, USLE, SIG, cuenca hidrogrfica, unidades de paisaje.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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SUMMARY
This paper aims at a quantitative estimate of the generation of soil eroded from the
watersheds of the river Sisga, located in the municipality of Chocont,
Cundinamarca. The implementation of the Universal Soil Loss, which
encompasses the concepts universally known the erosion of generating agents
such as the potential erosion of raindrops, soil texture erode, components
topographical like length and degree of slope, in addition to the use / cover and soil
conservation practices.
In the development of the project was using the Geographic Information System
GIS, which gave the mechanisms for the interpretation of the data generated.
The river Sisga morph metric towards its configuration, has the potential to
generate sediment. Based on the results achieved in implementing the USLE will
think that the average contribution of sediment to the reservoir is 1007,4 Ton/Ha-
Year.
Key words: erosion, USLE, SIG, watersheds, landscape unit.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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2 OBJETIVOS
2.1 GENERAL
Estimar la generacin de sedimentos en la cuenca hidrogrfica del ro Sisga con
base en la ecuacin universal de prdida de suelo (USLE).
2.2 ESPECFICOS
Zonificar la cuenca hidrogrfica del ro Sisga con base en Unidades de
Paisaje, con el fin de determinar un marco de referencia apropiado para la
implementacin de la USLE.
Establecer los rasgos morfomtricos caractersticos de la cuenca
hidrogrfica del ro Sisga.
Identificar los escenarios hidroclimatolgicos de la cuenca hidrogrfica del
ro Sisga, a partir de la informacin existente en los registros histricos.
Identificar los usos y cobertura de los suelos de la cuenca aferente y su
comportamiento frente a la capacidad de almacenamiento del embalse.
Establecer los efectos de la sedimentacin sobre el embalse del Sisga,
para diferentes escenarios.
Determinar la confiabilidad del modelo matemtico USLE para el sistema
propuesto.
Determinar la incidencia del ordenamiento territorial municipal en la
susceptibilidad de los suelos de la cuenca hidrogrfica a la erosin.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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3 MARCO REFERENCIAL
3.1 MARCO CONCEPTUAL
os embalses son lagos artificiales contenidos mediante una presa o dique,
diseados por el hombre para cumplir con el propsito de almacenar agua en
temporada de alta pluviosidad, servir como zona de amortiguamiento de
inundaciones aguas arriba, proveer de agua para consumo humano, generacin
elctrica y por ultimo y no menos importante como espacio de esparcimiento y
recreacin al pblico. Algunos de los lagos artificiales ms importantes existentes
en el pas son la Regadera, los de los ros Mua, Neusa, Sisga y Tomin, as
como, el embalse de la laguna de Chingaza, en el pramo de su nombre. En la
produccin de energa elctrica, se destacan las represas de Riogrande y Guatap
en Antioquia, las de Calima y Anchicay, en el Valle del Cauca y La esmeralda por
el ro Bat (Boyac), que es la mayor entre todas. Tambin se encuentra la
represa del Prado en el Tolima, formada por los ros Prado y Cunday1. No se
puede hablar de embalses, sin incluir a Urr, controvertida obra hidroelctrica,
construida en el alto Sin el ao 1992.
1GARC.2 ENInformacintileza en la prestaciide recursos naturales Javier Moncada, por su
dedicaci20202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020A Anglica. Colombia Pas Maravilloso. Libro Brevario de Colombia 1998. pg.23
L
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
21
Fuente: autor
Para el diseo y construccin de un embalse, se tienen en cuenta variables como:
fuentes hdricas, la geologa del terreno, materiales de construccin, estudios de
pre-factibilidad y post-factibilidad, estudios de impacto ambiental entre otros. Parte
de los estudios que se deben realizar para el diseo de este tipo de obras, es el
aporte de sedimentos al reservorio y estos a su vez, no son ms que material
producido por el desgaste de los suelos transportado en los cuerpos de agua y
depositados en el mismo. La produccin de estos sedimentos, est gobernada por
la ley de Stokes2 . Los sedimentos se dan por la prdida del suelo, pero no todas
las prdida se depositan en el cuerpo receptor, algunos son depositados a lo largo
de la cuenca y otros infiltrados.
2 Ley de Stokes: fuerza ejercida sobre una esfera (partcula de sedimento) de radio r que se mueve con una
rapidez v a travs de un fluido con viscosidad . Sears F. Et al. Fsica Universitaria. Pearson Educacin. Pg. 448.
Imagen 1. Embalse del Sisga, Chocont, Cundinamarca.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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Fuente: Autor
Los sedimentos juegan un papel importante en la
vida til de los embalses; stos son conducidos
por corrientes de agua y depositados en el fondo
de los ros, canales artificiales y los embalses,
condicionando la duracin del reservorio en
funcin de la cantidad y el material.
Los sedimentos se caracterizan porque parte de
ellos quedan suspendidos en el cuerpo de agua
que los contiene (a estos se les denomina carga
en suspensin) y estn compuestos por arcillas,
limos y arenas; otros, son aquellas partculas que el agua soporta durante todo el
movimiento, tales como los sedimentos que deslizan, arrastran y ruedan (se le
denominan carga de fondo) y aquellos que por las
irregularidades del fondo se mantienen en
suspensin en un periodo corto se les denomina carga de saltacin.
Figura 1: clasificacin de la carga de los sedimentos
Fuente: GRANADOS, 1989. Adaptado por Autor
Los sedimentos del cauce o carga de cauce, es la sumatoria de la carga de fondo,
carga de saltacin y la carga en suspensin. La carga de lavado sta dada por
CARGA TOTAL
CARGA DE CAUCE
Carga de Fondo
Carga de Suspensin
Carga de Saltacin
CARGA DE LAVADO
Imagen 2. Transporte de sedimentos. La Esmeralda, Boyac
.
Fuente: autor
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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partculas de tamao fino no muy significativas, depositadas en el fondo de los
cauces. La carga total de sedimentos en un cuerpo de agua se da por la carga de
cauce y la carga de lavado.
Los depsitos tienen influencia en los cuerpos de agua; la consecuencia de los
procesos de sedimentacin aguas abajo es la reduccin de la capacidad de
transporte de ros y el aumento del riesgo de inundaciones, obstruyen los canales
de riego y disminuyen la vida til de los embalses. Los sedimentos pueden ser
contaminantes en la medida que sus niveles y composicin favorezcan la
eutroficacin y al deterioro de la calidad del agua.
3.1.1 Procesos Erosivos.
La erosin del suelo es un proceso que siempre ha acompaado a la tierra. Es
generado por el agua y el viento y potencializado por los procesos antrpicos.
Podra afirmarse que es un proceso natural que por accin del hombre puede
aumentar la tasa de generacin del mismo.
Kirkby y Morgan (1980), definen la erosin como remocin del material superficial
por accin del viento o del agua y, en sentido amplio, la erosin de los suelos
consiste en compararlo con otros procesos de degaste del paisaje, ya que la
erosin del suelo deber reconocerse como el problema dominante solamente
cuando y donde sea el proceso ms rpido. Otra perspectiva ms estricta en
segundo lugar, examina la erosin del suelo con sus controles climticos y
vegetales inmediatos y cuestiona el grado de eficiencia en que se entienden a este
nivel los procesos que intervienen en el impacto de las gotas de lluvia, generacin
de flujo y resistencia a la sedimentacin.
Gonzlez (1990), explica la erosin como el fenmeno en el cual ocurre arranque
y transporte inicial del suelo por un agente (agua, aire, hielo, animales u hombre)
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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y, por lo tanto, excluye los fenmenos de remocin en masa que se consideran
como traslocaciones de material por accin de la gravedad, la cual no es un medio
de transporte3.
Se define como agente, segn Thornbury (1984): "... cualquier medio natural que
sea capaz de obtener y transportar material de la tierra. El agua corriente
(incluyendo la escorrenta concentrada o no concentrada, agua subterrnea, los
glaciares), los movimientos dentro de los cuerpos de agua estacionarios (ondas,
mareas, tsunamis, etc.) y el viento son los grandes agentes geomrficos,
comnmente designados o llamados agentes geomrficos mviles porque
remueven material de un lugar de la corteza terrestre y lo transportan y depositan
en otros lugares.
Las consecuencias de la erosin del suelo se manifiestan tanto en el lugar donde
se produce como fuera de l. Los procesos erosivos se muestran con mayor
preocupacin es zonas agrcolas donde la redistribucin y prdida de suelo, la
degradacin de su estructura y el arrastre de materia orgnica y nutrientes llevan
a la prdida de espesor del perfil superficial y al descenso de la fertilidad4. La
erosin es inversa a la productividad de las tierras: a mayor tasa de erosin, la
productividad es menor, por consiguiente es necesario el aumento de los
fertilizantes para generar las producciones anteriores a los efectos erosivos.
3 GONZALEZ, A. Conceptos sobre la Evaluacin de riesgos por deslizamientos: Jornadas Geotcnicas de la
Sociedad Colombiana de Ingeniera. SCI. Bogot. Memorias, Vol I, pg. 2-25. 4 MORGAN, R. Erosin y conservacin del suelo. Ed. Mundi-Prensa 1997, pg. 21.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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3.1.2 Tipos de Erosin.
De acuerdo al agente que la causa se distinguen dos grandes procesos: erosin
elica, causada por el viento y la erosin hdrica, causada por la lluvia y la
escorrenta superficial sobre la cuenca.
3.1.3 Erosin Elica.
Es la prdida de suelo, gracias a los efectos de direccin y velocidad del viento y
el consiguiente arrastre del material
edfico5.
Kirkby y Morgan (1984), lo definen
como el proceso por el cual el viento
recoge y transporta material
superficial suelto y las partculas
llevadas por el viento desgastan al
material superficial. El factor principal
en la erosin elica es la velocidad del viento. El acomodamiento de las
partculas de suelo puede llegar a modificar la microtopografa del terreno y
cualquier prctica agrcola aumentar el proceso erosivo, llevando al
empobrecimiento del suelo.
5 Edfico: dcese de los factores relativos al suelo que influyen en la distribucin de los seres vivo. Instituto
Geogrfico Agustn Codazzi. Suelos De Colombia Origen Evolucin Clasificacin Distribucin y Uso. Apndice A. Pg. 225.
Imagen 3. Zona afectada por erosin elica. Gepyrache, Guajira
Fuente: Autor
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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Fuente: autor
3.1.4 Erosin Hdrica.
Generada por el impacto de las
partculas del agua en el suelo
(erosin pluvial) o desplazamiento
de los cauces naturales (erosin
fluvial) y seguido por arrastre del
material (agua- partculas de suelo)
por escorrenta superficial, sub-
superficial, surcos y crcavas; este efecto depende de la distribucin temporal y
espacial en la cuenca.
Existe relacin entre la erosin y la intensidad de la precipitacin como agente
influyente en la generacin de material erosionado, adems de la cantidad de
precipitacin, siendo la cantidad y variacin de precipitacin objeto de monitoreo
en estaciones meteorolgicas mediante pluvigrafos, los cuales registran los
incrementos sucesivos de lluvia como un total acumulado en un grfico cuya
escala temporal de registro depende de la frecuencia con que cambie el papel
sobre el cual se imprime dicho registro, por lo general semanalmente, o en zonas
remotas e inaccesibles, se registra con totalizadores.
Imagen 5. Medidores y graficadores de la precipitacin. Pluviogrma y bandas pluviogrficas
Fuente: www.meteored.com. Modificado por Autor
Imagen 4. Influencia de la erosin elica e hdrica. Villa de Leyva, Boyac.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
27
El fenmeno de la erosin hdrica puede ser vinculado con los procesos fsicos de
desintegracin y transporte del suelo. Osborn (1965) explica que la accin erosiva
de las aguas viene a ser "El efecto de la energa desarrollada por su movimiento a
medida que caen hacia la tierra en forma de lluvia o que corren sobre ella en
forma de escorrenta; es evidente que la erosin del suelo requiere energa y que
esta energa es proporcionada por el agua en movimiento"6.
Tipos de erosin hdrica.
Las formas de erosin hdrica pueden clasificarse en: erosin por salpicaduras,
laminar, en surcos y en crcavas, segn el grado de avance y la manera como se
producen.
Erosin por salpicaduras: es el momento o fuerza que ejerce las gotas de agua
que caen en la superficie de las partculas de suelo en pendiente y generan
una micro compactacin, a su vez, a travs de una fuerza rompedora ya que el
agua se dispersa rpidamente y retoma al punto del impacto en chorros que
fluyen lateralmente (Morgan 1984). Las gotas de lluvia se consideran agentes
de consolidacin y dispersin, ya que tienen como efecto la consolidacin del
suelo en pequeos espesores y la distribucin de partculas muy finas.
Erosin laminar: Es el desgaste o desprendimiento de una capa delgada de la
superficie de la cuenca ocasionada por la formacin de pequesimos
riachuelos casi simultneamente a la separacin y al movimiento inicial de las
6 OSBORN, Ben. Cmo corren en la tierra las lluvias y los desbordamientos. . En: Agua su aprovechamiento
en la agricultura. Centro Regional de ayuda tcnica. AID. Mxico D.F. 1965. p. 134-144.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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partculas del suelo. Los meandros y el cambio de posicin constante de tales
riachuelos microscpicos impide verlos, por lo tanto, este tipo de erosin es
muchas veces imperceptible pero nociva ya que "lava" el suelo transportando
los materiales finos y frtiles.
Erosin en Surcos: Los surcos de erosin se forman por la concentracin del
flujo del agua en caminos preferenciales, arrastrando las partculas y dejando
canales de poca profundidad generalmente paralelos. El agua de escorrenta
fluye sobre la superficie de un talud y a su paso va levantando y arrastrando
partculas de suelo, formando surcos.
Los surcos forman una compleja microred de drenaje donde un surco al
profundizarse va capturando a los vecinos, formando surcos de mayor tamao,
los cuales a su vez se profundizan o amplan formando crcavas.
La localizacin en cuanto a su profundidad y velocidad de avance del proceso
es controlada por los fenmenos de tipo hidrulico y por la resistencia del
material a la erosin. Los surcos de erosin pueden estabilizarse
generalmente, con prcticas agrcolas.
Erosin en Crcavas: Las crcavas constituyen el estado ms avanzado de
erosin y se caracterizan por su profundidad lo que facilita el avance lateral y
frontal por medio de desprendimientos de masas de material de los taludes de
pendiente alta que conforman el permetro de la crcava.
Las crcavas inicialmente tienen una seccin en V pero al encontrar un
material ms reciente o interceptar el nivel fretico se extiende lateralmente,
tomando forma de U. La erosin en crcava est principalmente relacionada
con el volumen de lluvia y la pendiente del terreno y las caractersticas
geotcnicas del suelo.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
29
La erosin tambin puede darse por
agentes antrpicos, y es la producida por
las actividades del hombre como laboreo
y nivelacin del terreno para la
modificacin del perfil y adecuacin para
actividades de construccin, agricultura,
y extraccin minera, entre otras.
3.1.5 Cuencas Hidrogrficas.
Se denomina cuenca vertiente, cuenca de drenaje de un cauce, o cuenca
hidrogrfica, en una seccin dada de su curso, a la superficie de terreno limitada
por el contorno a partir del cual la precipitacin cada drena por esa seccin7.
El funcionamiento de una cuenca hidrogrfica se asemeja a un colector de
precipitacin y que posteriormente conduce las aguas a un colector final. Esta
transformacin depende de las condiciones fsicas y climatolgicas, donde se
encuentre la hoya.
Para el anlisis del proceso erosivo generado en una cuenca hidrogrfica se debe
identificar los patrones de referencia que indique el estado y caractersticas de la
hoya hidrogrfica, conceptos bsicos que se desarrollan en la descripcin
morfomtrica de la cuenca del Sisga.
7 Ministerio del Medio Ambiente-Tragsa. Restauracin hidrolgica forestal de cuencas y control de la erosin
Madrid Espaa 1998 p. 43.
Imagen 6. Extraccin minera, procesos antrpicos que
potencializan la erosin. Gepyrache, La Guajira
Fuente: autor
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
30
Los limites reales de una cuenca no siempre son los limites topogrficos, la
similitud entre stos est dado por el tipo de suelo; si el suelo fuese impermeable
estara definida por la lnea divisoria (lnea imaginaria que divide el agua que
escurre de una cuenca a otra).
Una cuenca hidrogeolgica es aquella cuenca hidrogrfica, en la cual no existen
trasvases apreciables de aguas subterrneas de una cuenca a otra, es decir, que
la divisoria de aguas que divide las aguas superficiales tambin divida las aguas
subterrneas.
Desde el punto de vista de su funcionamiento, la cuenca puede caracterizarse por
su morfologa, por la naturaleza del suelo y por su cobertura vegetal. La influencia
de estos factores modifica los procesos de escorrenta, tanto superficial como sub-
superficial y subterrnea.
3.1.5.1 Parmetros Morfomtricos de las Cuencas Hidrogrficas.
La morfometra de las cuencas hidrogrficas C.H. corresponde a la caracterizacin
cuantitativa de determinados rasgos fisiogrficos superficiales de una C.H.,
representada en valores numricos que permiten comparar en forma exacta una
cuenca con otra.
Dos cuencas sometidas a las mismas condiciones climticas pueden tener
regmenes de escorrenta totalmente diferentes, debido a las diversas
caractersticas fisiogrficas de ambas cuencas.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
31
Aunque resulta evidente que factores como el tipo de suelo y el espesor de la
capa permeable ejerce un gran efecto sobre el rgimen de escorrenta, la
fisiografa puede ser importante en la respuesta de la cuenca a las precipitaciones.
Las formas de la superficie terrestre y, en particular, su situacin altitudinal tienen
influencia decisiva sobre los ms importantes condicionantes del rgimen
hidrolgico, tales como: precipitacin, escorrenta, infiltracin, formacin de
aluviones y sedimentos
La morfometra de una cuenca puede definirse por tres tipos de parmetros:
parmetros de forma, parmetros de relieve y parmetros relativos a la red
hidrogrfica8.
Parmetros de forma
Corresponde a la configuracin geomtrica de sta, tal como est proyectada en
un plano horizontal y se relaciona con el tiempo de concentracin y la evaluacin
del agua de la cuenca. Algunos de los parmetros de forma ms utilizados, se
describen a continuacin:
rea: el rea de una cuenca se define como la proyeccin horizontal de la
superficie de la misma y se puede medir directamente en el mapa topogrfico
en forma digital o anloga.
8 LONDOO, Rubn Daro. 2008. Notas de Clase.
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32
Permetro: es la longitud de la divisoria topogrfica de la Cuenda hidrogrfica y
depende de la superficie y la forma de esta.
Coeficiente de Gravelius: Relaciona el permetro de la cuenca, con el permetro
de otra terica circular con la misma superficie. Dado que la configuracin de la
cuenca tiene influencia en la concentracin de las aguas en la hoya
hidrogrfica, este parmetro da una herramienta de anlisis para determinar la
influencia de la morfometra en la generacin de sedimentos.
El valor que toma esta expresin es siempre mayor que la unidad y crece con
la irregularidad de la forma de la cuenca, establecindose la siguiente
clasificacin:
Tabla 1. Valores del coeficiente de Gravelius
Cg Forma
1,00
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33
Pendiente media de la cuenca: segn Heras (1972), la pendiente media en
una cuenca hidrogrfica es la media ponderada de todas las pendientes
parciales (por rangos altimtricos) en las que se puede considerar
constante la pendiente mxima.
Pendiente media del cauce principal: es el diferencial entre la duracin
mxima y mnima del cauce principal sobre la longitud total del cauce en
porcentaje.
Curva hipsomtrica: representacin que puede definir la cuenca
grficamente, simbolizando las cotas del terreno en funcin de las
superficies, es decir la relacin de la variacin de la elevacin de los varios
terrenos de la hoya con referencia al nivel medio del mar. La curva
hipsomtrica permite caracterizar el relieve; esta, relaciona el valor de la
cota, en el eje Y, con el porcentaje del rea acumulada en el eje X.
Una pendiente fuerte en la cabecera de la cuenca hidrogrfica -C.H- (cotas
superiores), por lo general supone la presencia de llanuras en las partes
bajas. Si la pendiente es muy fuerte, habr peligro de inundacin. Una
pendiente muy dbil en la cabecera de la C.H. supondr la presencia de un
valle encajonado.
Elevacin media de la cuenca: la elevacin media es tanto mayor cuanto
ms se eleva el relieve por encima de la cota mnima y tanto menor cuanto
menores variaciones de altitud presente el relieve. La elevacin media de
una C.H. tiene gran influencia sobre el rgimen hidrolgico ya que est
determinada en gran medida por el nivel de precipitacin.
Coeficiente de masividad: permite diferenciar cuencas de igual elevacin
media y de relieves diferentes. Es un coeficiente que permite caracterizar la
susceptibilidad de erosin de la cuenca hidrogrfica, aunque por s solo no
es suficiente.
Coeficiente orogrfico: este ndice combina los dos parmetros de relieve
actuantes en los procesos erosivos: la elevacin media sobre la energa
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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potencial del agua y la inclinacin caracterstica de las laderas de la cuenca
sobre la energa cintica el flujo de la escorrenta superficial. Al igual que
los anteriores componentes este ndice permite evaluar las condiciones del
terreno y como estos potencializan la generacin de sedimentos.
Parmetros relativos a la red hidrogrfica.
Utilizados para estudiar el drenaje natural, permanente o temporal, por el cual
fluye la aguas de la escorrenta (superficial, sub-superficial y subterrneos) de la
cuenca. En el presente trabajo no se har nfasis en los parmetros relativos a la
red hidrogrfica, ya que es la energa cintica de las gotas de lluvia, la
contemplada en la ecuacin universal y no la energa fluvial.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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3.2 MARCO TERICO
3.2.1 Ecuacin Universal De Prdida De Suelo
La ecuacin universal de prdida de suelo (USLE Universal Soil Loss Equation)
desarrollada por Walter H. Wischmeier and Dwghtt D. Smith (1978), es un modelo
matemtico que agrupa seis parmetros que permiten predecir la generacin
promedio anual de prdida de suelo, en una determinada rea de estudio. Esta
ecuacin evala el potencial de erosin o riesgo de erosin a la que est expuesto
cierto terreno en condiciones determinadas, tales como pendiente, intensidad de
lluvia, prcticas de uso y manejo del suelo:
Tabla 2. Factores que componen la USLE
PCSLKRA *****
A Prdida de suelos.
R Factor de erosividad.
K Factor de susceptibilidad de erosin del suelo (erodabilidad).
L Factor de longitud de la pendiente.
S Factor de magnitud de la pendiente.
C Factor de cobertura vegetal.
P Factor de prcticas de apoyo de conservacin del suelo.
Fuente: Walter and Smith, Handbook of predicting rainfall erosion losses. Pg 4.
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3.2.2 Presupuesto terico de la ecuacin
Las hiptesis de partida de esta ecuacin consideran a las precipitaciones y su
correspondiente escorrenta como los principales agentes activos de la erosin y
as, se establece que las prdidas de suelo anuales son directamente
proporcionales al factor de erosividad de las lluvias, relacionado con la energa
cintica de cada aguacero y su intensidad mxima.
Iguales condiciones de erosividad de las lluvias pueden producir erosiones
diferentes dependiendo de las caractersticas del suelo sobre el que actan. As se
reconoce una serie de caractersticas del propio suelo que determinan su
erodabilidad o vulnerabilidad a la erosin relacionadas con su textura, estructura,
contenido de materia orgnica y permeabilidad.
A su vez, un mismo suelo expuesto a la accin de iguales lluvias sufre
intensidades de erosin distintas segn se encuentre en la parte alta, media o baja
de una ladera y segn sea la pendiente de dicha ladera (efecto relieve).
Finalmente, la erosin resultante tambin vara segn sea el tipo de vegetacin
que protege el suelo, las prcticas de cultivo o de aprovechamiento de dicha
vegetacin, su disposicin respecto a la pendiente de la ladera, etc.
Estos dos ltimos factores, el relieve y la cubierta vegetal, son los que regulan la
accin erosiva de las lluvias sobre la erodabilidad de cada suelo, dando por
resultado tasas de erosin diferentes en cada caso, que pueden evaluarse a
travs de la estimacin del efecto de cada uno de estos factores mencionados
(Zamudio 2002).
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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3.2.3 Origen de la ecuacin
El estudio que desarroll esta expresin matemtica empez en el ao 1940 con
el montaje de nueve parcelas experimentales al este del Ro Mississipi donde
fueron expuestas a condiciones locales, dando la apertura al establecimiento de
nuevas parcelas, por su gran acogida sistemtica, en 16 estados del territorio
estadounidense. En el ao 1978, se hizo la publicacin de la ecuacin matemtica
mostrando los efectos de la interaccin entre los sistemas de cultivos, nivel de
productividad, prcticas de labranza, gestin de los residuos y condiciones
climticas, dando como resultado herramientas tales como el nomograma de
erodabilidad del suelo, factores de topografa para pendientes irregulares, factores
de cobertura de suelo, efectos de la gestin de la conservacin de prcticas de
labranza, integrado en la prediccin de la erosin en reas en un tiempo
representativo.
Inicialmente, la Ecuacin Universal de Prdida de Suelo fue formulada para
calcular las prdidas de suelo producidas por los diferentes cultivos, rotaciones y
prcticas agrcolas. Posteriormente y dada la aparente facilidad de aplicacin de
esta Ecuacin, se propuso su utilizacin en pequeas cuencas vertientes que
tuvieran condiciones relativamente homogneas de clima, suelo, relieve y
vegetacin, haciendo extrapolable la informacin procedente de las parcelas
agrcolas a dichas cuencas.
3.2.4 Alcances y restricciones de la ecuacin.
Un modelo matemtico pretende simular el comportamiento de fenmenos para
su entendimiento en la realidad de hechos, variables, parmetros, entidades. La
USLE es un modelo de tipo Estocstico o probabilstico (no se conoce su
resultado, si no su probabilidad y existe por tanto incertidumbre) y, puesto que el
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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desarrollo de esta ecuacin fue generado a partir de experiencias (parcelas
experimentales implementadas en los Estados Unidos entre 1957-1978), se
denomina modelo emprico.
La aplicacin de la USLE para el presente estudio es de tipo paramtrico porque
pretende evaluar las prdidas de suelo por erosin laminar y en regueros o en
surcos.
Tabla 3. Descripcin de los alcances, beneficios, restricciones y limitaciones de la USLE.
ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO (Smith y Wischmeier 1978)
ALCANCE RESTRICCIONES
El mayor propsito de la Ecuacin de Prdida de Suelo, es servir de gua metodolgica y estratgica en la planeacin de la conservacin y de erosin del suelo en un sitio base.
Sobrestima las prdidas de suelo en parcelas con bajas tasas de erosin. Subestima donde las tasas son elevadas.
El significado de universal radica en que incluye factores que universalmente son responsables de la erosin acelerada.
Es una tecnologa madura y su mejoramiento se ve limitado por la estructura simple de su ecuacin, ya que hay una interdependencia considerable entre variables.
Permite la estimacin cuantitativa promedio de prdida de suelo laminar y en surco, para un sistema combinado de caractersticas variables de un terreno, en funcin de las caractersticas de la lluvia, propiedades del suelo, rasgos topogrficos, uso de la tierra y prcticas de manejo en periodos de tiempo largos.
No establece prdidas de suelo para aos especficos o eventos de lluvia aislados, aunque las unidades que representa la expresin matemtica son en Ton/ha-ao,
Evala el potencial de erosin o riesgo de erosin a la que est expuesto cierto terreno y basado en esto identifica los estadios de amenaza de erosin en el terreno.
Los resultados de la USLE, son estimaciones sujetas a usuales errores experimentales y de extrapolacin.
Proporciona una tasa anual de generacin de prdida de suelo, en unidades mtricas Ton/ha-ao.
La USLE fue desarrollada para reas de tamao de campo agrcola. Si es utilizada para estimar rendimiento de sedimentos de una cuenca, el rea de drenaje debera de ser subdividida en sub-reas relativamente homogneas, para lo cual, valores representativos de la USLE pueden ser definidos.
Fuente: WISCHMEIER, Walter etal. Adaptado por Autor
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39
3.2.5 Modificaciones propuestas al modelo original
Aunque la ltima publicacin del modelo se hizo a finales de los 80`s, no se ha
desestimado su validez para su aplicacin en la actualidad. Sin embargo, varios
autores han realizado modificaciones tanto para la ecuacin misma como para la
evaluacin de algunos de sus componentes matemticos, ya que algunos de ellos
requieren de informacin meteorolgica especfica de la regin, la cual puede no
estar a disposicin del evaluador. Sin embargo, la ecuacin sigue siendo
empleada desde su concepcin inicial.
Tabla 4. USLE modificaciones
AUTOR ECUACIN DESCRIPCIN
Renard
1991
RUSLE o Ecuacin Universal de Prdida de Suelo revisada, modifica la forma de evaluar los factores que la componen.
Renard
y otros
1974
cERKLSPA )(224.0
Fue desarrollada para la estimacin de sedimentos de las pequeas cuencas acuferas.
=factor de erosin del canal y los dems trminos son los originales.
, contempla la proporcin de sedimentos generados a la salida de una canal.
William y Berndt (1976)
KCPLSQYrq
56.0)(1180
Se modific con el objeto de ser aplicadas a cuencas hidrogrficas.
produccin de sedimentos en una tormenta individual, en Kg
volumen de drenaje durante una tormenta, en m3
tasa mxima de escorrenta en m3/s, y
segn lo definido por USLE
La evaluacin de los trminos KCPLS, requeran de diferentes mtodos de evaluacin a la original.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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Fuente: M.j. KIRKBY y R.P.C. Morgan (1984). Adaptado por
Autor
Forter y otros (1973)
Fue utilizada por Onstand y colaboradores (1976), como componente principal de un modelo de produccin de sedimentos para cuencas acuferas pequeas.
=factor de precipitacin pluvial durante la tormenta (unidades de la USLE)
=volumen de escorrenta
=tasa mxima de escorrenta, en mm/h y
= coeficiente (0 1) que representa la importancia relativa de la energa cintica de precipitacin pluvial en comparacin con la energa por escorrenta del suelo que se desprende.
La temtica de esta tesis, se realizar desde la concepcin original del la
ecuacin universal de prdida de suelo que fue descrita por Wischmeier y Smith.
3.2.6 Resultados obtenidos de la aplicacin de la ecuacin
Las bondades de la Ecuacin Universal de Prdida de Suelo han sido reflejadas
en diferentes escenarios de los continentes, algunos de ellos con resultados
satisfactorios para los investigadores y otros no tanto.
En Turqua se realiz la aplicacin de USLE para tierras de uso forestal, con el
objeto de determinar si esta era la ms apropiada para este tipo de terrenos; se
generaron datos experimentales que, a su vez, entre los cuales se encontr un
factor CP para los bosques de seudo-Maqui en los ecosistemas de humedales
locales y en parcelas experimentales, ubicadas en proximidades de Estambul.
El factor CP fue calculado utilizando datos conocidos (como factor erosividad
de lluvias, R, promedio anual de prdida de suelo, A; erodabilidad factor de
suelo, K; longitud e inclinacin de la pendiente, LS). El valor del factor CP
result ser 0,021 para el crecimiento de roble-haya en ecosistemas forestales
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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en cuencas hidrogrficas-I y pseudo-Maqui y 0,011 para los ecosistemas
forestales en cuencas hidrogrficas II.
El modelo original desarroll el factor K utilizando la textura, el contenido de
materia orgnica, la permeabilidad y la estructura de un suelo para suelos no
calcreos en EE.UU. Sin embargo, en suelos calcreos, el calcio es un factor
importante que afecta a la estructura del suelo y, por tanto, puede influir en la
erodabilidad del suelo. La aplicacin de la USLE a los suelos calcreos, por lo
tanto, exige un replanteamiento de K. El estudio realizado en Estambul, evalu
K e identific los factores que afectan a este, para suelos calcreos en
Hashtrood ciudad del noroeste de Irn. Los suelos contienen 13% de cal y 1%
de materia orgnica y son utilizados principalmente para el trigo seco.
Se dispuso de parcelas experimentales mostrando resultados de K que
significativamente se correlaciona con el contenido de limo, arena y materia
orgnica. La aplicacin de anlisis de componentes principales (PCA) tambin
indic que el contenido de arcilla y cal, as como el control de la permeabilidad
firmemente K y el contenido de arcilla y cal, no han sido bien considerado en
USLE. La disminucin significativa de K es debido a sus fuertes efectos sobre
la estabilidad de agregados y a la infiltracin de agua en el suelo. K puede ser
estimado utilizando una ecuacin de regresin lineal basado en el contenido de
arena, arcilla y cal.
En la cuenca hidrogrfica Santa Catarina se present una metodologa para
evaluar el riesgo de erosin hdrica en la cuenca hidrogrfica Santa Catarina
en el Estado de Quertaro, Mxico. El riesgo fue evaluado mediante el anlisis
multiplicativo de cuatro factores incluidos en la Ecuacin Universal de Prdida
de Suelo (USLE). Los cuatro factores considerados involucran la potencialidad
erosiva de la lluvia y del escurrimiento (factor R), la susceptibilidad del suelo a
la erosin (factor K) y el efecto del grado (factor S) y longitud de la pendiente
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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(factor L). Los resultados obtenidos muestran total concordancia con lo
observado en el terreno, al coincidir las regiones ya erosionadas con aquellas
que manifiestan un riesgo muy alto de erosin. Los resultados sirvieron
tambin para la planeacin de un programa de manejo y conservacin del
recurso suelo de la cuenca.
Alora, Andaluca (Espaa) en mayo de 2004, se realiz la identificacin de los modelos de dinmica ambiental, donde se plante la eficacia en la
representacin de la variabilidad espacial y temporal de los fenmenos
naturales, dado que los procesos que rigen la evolucin y la degradacin del
paisaje y el medio ambiente son dinmicos y complejos. El mtodo diseado
para la modelacin describe la variacin en la prdida de suelo debido al
escurrimiento superficial producido por el agua y a los cambios en el uso de la
tierra. El mtodo propuesto fue concebido en el marco de un proyecto de
maestra para evaluar los riesgos por erosin en los suelos basado en la
ecuacin emprica (USLE) y se implement en un Sistema de Informacin
Geogrfica (SIG) en modo raster (Arc/Info y Arcview). En el rea de estudio de
Alora, Andaluca (Espaa), se han diseado diferentes escenarios de estudio
para predecir el comportamiento en las tasas de erosin de los suelos cuando
vara el factor en las prcticas de conservacin. Los resultados de la
simulacin para ambos casos sugieren que la degradacin del paisaje se
reduce cuando se adoptan las prcticas de conservacin. Esto se expresa en
gran parte de la zona seleccionada, donde los resultados para el escenario
sometido a prcticas de conservacin muestran prdidas de suelo que oscilan
entre muy bajo a bajo (0-5 Ton/ha/ao). En consecuencia, la implementacin
de un modelo dinmico y de los SIG en el estudio, ha demostrado e indicado la
capacidad y confiabilidad de los modelos dinmicos en un SIG para el
pronstico de los riesgos de erosin en los suelos al cambiar el uso de la tierra.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
43
Teniendo en cuenta este procedimiento, la cartografa de la erosin existente
y/o su prediccin en tiempo y espacio, desempea un papel importante en la
determinacin de la variabilidad espacial de los fenmenos, lo que la convierte
en una herramienta esencial de planificacin para la conservacin de los
suelos.
Al sur de la ciudad de Bogot, en la cuenca hidrogrfica del ro Mochuelo, se
desarroll la cuantificacin de la prdida de los suelos mediante la Ecuacin
Universal de Prdida de Suelos -USLE-, con el fin de evaluar la susceptibilidad
de los suelos a la erosin.
Se realiz un Muestreo Estratificado y los modelos de prediccin se trabajaron
bajo el anlisis del concepto de la lgica difusa. En el laboratorio se
determinaron los contenidos de humedad, densidad aparente, densidad real,
estabilidad estructural, consistencia, granulometra, pH y carbono orgnico.
Debido al factor de erosividad (entre 100 y 626 Mj.mm/ha.hr), a la alta
susceptibilidad de los suelos, a las longitudes de la pendiente (entre 26 y 30
m), a las inclinaciones de las laderas (entre 0,18 y 70%) y a la escasa
cobertura vegetal y deficientes prcticas de manejo, la prdida potencial de
suelos de la cuenca hidrogrfica de la quebrada El Mochuelo se estim entre
50 Ton/ha/ao y 500 Ton/ha/ao.
Adems de las caractersticas fsicas y biticas de la cuenca, se considera que
el estado erosivo actual es debido al mal uso del suelo y a la deforestacin
realizada en las dcadas de los 40 y 50s, as como a la introduccin del cultivo
de cereales en forma intensificada y a la extraccin de arcillas para la
elaboracin de ladrillos.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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Corpoica (2006), aplic la ecuacin universal de prdida de suelo con apoyo de
la FAO en seis tratamientos de cobertura y uso de suelo como Arroz, Maz,
Brachiaria y Soya, entre otros, en los cules se les fue aplicado anlisis
estadsticos y matemticos, de donde se examin la importancia de analizar el
factor de erosividad por la lluvia (R) puesto que permite determinar la
potencialidad para producir erosin. Para la Orinoquia, este factor (R) posee
una capacidad erosiva alta con un valor promedio de 1161Ton/ha-ao. Se
encontr una relacin directa entre los volmenes de precipitacin diaria,
mensual y anual y la estimacin del factor (R) para el periodo respectivo de
forma independiente con la intensidad.
La clasificacin en campo de los suelos estudiados present un
comportamiento de suelos ligeramente erodables; aunque estas condiciones
son extremadamente altas, se puede entender gracias a la intensidad y
volumen de lluvias que inciden en las altas pendientes de los terrenos.
Una vez realizados todos los anlisis pertinentes, se estim la prdida total del
suelo para las diferentes condiciones
Se concluy que, para la regin considerada de la Orinoquia, se obtiene un
coeficiente de erosividad medio alto. Los suelos representativos de la zona
permiten ser catalogados como ligeramente erodables; de otra manera, la
ecuacin universal puede desestimar un porcentaje de la generacin de
prdida de suelo propio de la regin ecuatorial, lo cual genera un margen de
error en la investigacin.
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ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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Fuente: Autor
3.2.7 Factores que componen la ecuacin
Son dos los tipos de factores que, de manera fundamental, le dan estructura a la
ecuacin: por un lado se encuentran los factores que determinan la erosividad del
suelo (la lluvia, las condiciones de longitud y pendientes y el uso y cobertura del
suelo) y, por otro lado, los factores que son susceptibles de ser afectados por la
lluvia, es decir, el suelo propiamente dicho, conjuntamente con las configuraciones
propias del tipo de suelo.
3.2.7.1 Factor de erosividad de la lluvia (R)
La observacin del comportamiento de los riachuelos y de los sedimentos
depositados despus de tormentas con intensidades variadas llev a la conclusin
que la significancia de la erosin est asociada con algunas tormentas de
intensidades especficas, pero que la generacin promedio de sedimentos est
influenciada no slo por esas tormentas (tormenta con duracin 30 minutos), sino
por las variaciones propias del terreno.
Factor en riesgo
Factor de riesgo
Figura 2: clasificacin de los componentes de la USLE
-
ESTIMACIN DE LA GENERACIN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RIO SISGA CON BASE EN LA ECUACIN UNIVERSAL DE PRDIDA DE SUELO
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Ms all de esto, el factor de erosividad de la lluvia o factor de Wischmeier
cuantifica el poder o potencial erosivo que tienen las gotas de agua y la relacin
entre su energa cintica y la intensidad de tormentas de duracin 30 minutos.
Se presume que existe relacin entre la cantidad de lluvia y la cantidad de suelo
erosionado, es decir, a mayor lluvia corresponde un mayor potencial erosivo, pero,
en trminos estadsticos, la correlacin entre ambas variables es de poco valor.
Wischmeier y Smith (1978), luego de varios aos de investigacin, establecieron
una correlacin ms alta entre el potencial erosivo y la energa cintica de la
precipitacin, la cual resulta de considerar el tamao, velocidad y forma de las
gotas de lluvia, la duracin de la tormenta y la velocidad del viento.
Dicha correlacin se puede explicar de la siguiente manera: a medida que las
gotas de lluvia aumentan en tamao, su velocidad terminal aumenta y, por
consiguiente, la energa cintica de una gota de lluvia, que es funcin del producto
de un medio de su masa por su velocidad al cuadrado tambin aumenta,
generando un mayor poder erosivo al entrar en contacto con el suelo. El factor de
erosividad de Wischmeier (R), considera la influencia de los parmetros fsicos de
la precipitacin, como son: intensidad, tamao de las gotas, distribucin del
tamao de las gotas y velocidad de cada de las gotas (Wischmeier y Smith 1978).
Imagen 7: representacin de la cada de gotas de lluvia
Fuente: autor
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Tabla 5. Modificacin de la expresin del factor de erosividad
R= ndice de erosividad I30=Intensidad de la lluvia para aguaceros de 30 min
F=ndice de Fournier I60=Intensidad de la lluvia para aguaceros de 60 minutos
Pmax=precipitacin mxima Pmed= precipitacin media
AUTOR ECUACIN DESCRIPCIN
Wischmeier y Smith
1958
n
ij
Jt pE )*)log*8903.21(( Integra la sumatoria del producto de la energa cintica de un aguacero por su mxima intensidad en 30 minutos, para una serie de eventos estimados.
La energa cintica total, se obtiene de la sumatoria de las energas parciales obtenidas de las bandas pluviogrficas para intervalos de tiempo seleccionados.
Necesita de una amplia recoleccin y estudio de las bandas pluviogrficas que cumpla con los intervalos de tiempo solicitados por el modelo
Fournier 1975
Caracteriza el fenmeno de las lluvias en zonas extensas
Se basa en que la agresividad de la lluvia, no solo corresponde a la afectacin de las gotas de lluvia, si no al potencial de erosin que existe en un terreno determinado por precipitacin.
Se aplica cuando no hay disponibilidad de datos de pluviogrficos o son muy escasos los periodos de registro.
Fournier Modificado
(1978)
12
!
2
i T
i
p
pIMF Propone que no solo la precipitacin mensual del mes
ms hmedo genera erosin.
Wischmeier Modificado
1962 htrmult pIpar 24max2/60max* ***
Proporciona mayor facilidad para su obtencin, ya que incluye los valores de precipitacin mxima diaria y horaria.
Solicita informacin pluviogrfica, para aguaceros de intensidad mxima en 60 minutos con 2 aos de periodo de retorno, lo que aun dificulta su evaluacin para sitios donde no se disponga de las bandas.
Cortes 1991
3002983.08959.2 XXY Hace una relacin lineal ntrela precipitacin media y el ndice de erosividad de la lluvia.
Fuente: Kirbty 1997, Et al.
k
m
k
T IExR1
3001.0
tAnual
omaslluviosmes
P
PFR
2
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Modelos para determinar el factor de erosividad
Debido a la dificultad para la obtencin de los datos pluviogrficos que cumplan
con las especificaciones descritas por el modelo (intervalos de tiempo tales que se
pueda leer intensidades mximas de 30 minutos y estaciones que sean evaluadas
con una serie de tiempo homognea y representativa), varios autores han
desarrollado diferentes ecuaciones para la evaluacin del factor de erosividad, de
tal forma que se ajusten a las condiciones del rea de estudio, pero que, a su vez,
cumplan con la base terica que establecieron los autores de USLE.
Los diferentes autores han desarrollado sus ecuaciones matemticas a partir de
la expresin propuesta por Wischmeier y Smith, adoptando la base fundamental
segn la cual, la erosin est determinada por el potencial erosivo que tienen las
gotas de lluvia al caer. Es as que, para el presente trabajo, se valorar el factor de
erosividad a partir de la ecuacin matemtica modificada de Fournier.
3.2.7.2 Factor de erodabilidad del suelo (K).
Est estrechamente relacionado con el factor de erosividad de la lluvia o
erosividad pluvial y se define como la prdida media anual de suelo por la unidad
en la que est expresado R (para unas condiciones de tipo de suelo desnudo,
labrado recientemente segn la direccin de la pendiente, sin prcticas de
conservacin y sobre una ladera de 5 y 22 m de longitud. Su valor depende del
contenido de materia orgnica, textura superficial, estructura del suelo y
permeabilidad. Este puede ser evaluado de varias maneras: mediante ecuacin,
por nomogramas de erodabilidad del suelo, tablas estndar de suelos y parcelas
experimentales.
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3.2.7.3 Factor Topogrfico (LS)
El efecto de la topografa sobre la erosin est representado por los factores
longitud (L) y grado de pendiente (S). La longitud L, se define como la distancia
desde el punto de origen de un escurrimiento hasta el punto donde decrece la
pendiente al grado de que se presente la sedimentacin del suelo erosionado, o
bien, hasta el punto donde el escurrimiento encuentra un canal de salida bien
definido. Por su parte, el grado de erosin tambin depende de la pendiente, por lo
que stos se combinan en un solo factor (factor topogrfico) que expresa la
relacin entre la prdida de suelo en una ladera de pendiente y una longitud dada;
el valor de este factor puede obtenerse de nomogramas o de la ecuacin:
Ecuacin 1: factor general topogrfico.
)0065.0045.0065.0()2213/( 2SSXLS m
Donde,
x: longitud de la pendiente, en m
m: exponente que depende del grado de pendiente
s: pendiente del terreno, en %
Foster y Wischmeier (1974) indican que esta ecuacin funciona correctamente
cuando las pendientes son aisladas y uniformes. Cuando este no es el caso, el
clculo debe hacerse por segmentos a travs de la expresin:
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Ecuacin 2: factor topogrfico para secciones irregulares de terreno.
N
jm
jj
m
jj
m
jj SSLS
1 1
1
1
1
)13.22)((
donde,
Sj factor de pendiente para el segmento j, en m/m
j distancia desde la frontera inferior del segmento j hasta la frontera
aguas arriba, en m.
Sin embargo, la ecuacin obtenida del anlisis estadstico de los datos para
representar el producto L.S., para pendientes menores del 20% y longitudes de
declive menores de 350 m es la siguiente:
Ecuacin 3: factor topogrfico para pendientes menores del 20% y longitudes menores de 350 m.
De forma simplificada,
Y para pendientes mayores del 20% se tiene:
Ecuacin 4; factor topogrfico para pendientes mayores del 20%
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3.2.7.4 Factor de uso y cobertura vegetal (C)
Representa la influencia del cultivo en la erosin. Se manifiesta a travs de la
especie cultivada, de su posicin dentro de la alternativa, las mezclas cuando
existan, la forma y nmero de las labores, la productividad y la existencia de
mayor o menor erosividad de la lluvia en el periodo del ao en que se realiz
cultivo. Este factor C se ha definido como la relacin que existe entre las prdidas
de suelo que se producen bajo una alternativa de uso y con unas determinadas
tcnicas del cultivo y las prdidas correspondientes al barbecho9 continuo.
Como es fcil deducir, el nmero de combinaciones posibles es muy elevado y no
es posible separar los efectos de cada uno de los supuestos. Por esta razn, las
diferentes condiciones son agregadas en un solo factor.
Para el clculo de C se tienen en cuenta cinco perodos: (0) barbecho, (1)
siembra, (2) establecimiento; (3) crecimiento y maduracin; (4) residuos o
rastrojos. Los valores de C no se consideran universales ya que el sistema de
laboreo y rotacin de cultivos es muy variado y, por lo tanto, no pueden ser
estandarizadas; por esta razn, el factor C adopta diferentes valores, de acuerdo
con el autor que lo propone.
9 Barbecho: Se denomina barbecho a la tierra que no se siembra durante uno o varios ciclos vegetativos, con
el propsito de recuperar y almacenar materia orgnica y humedad. Tambin se refiere simplemente a la tierra que se deja descansar por uno o varios aos.
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3.2.7.5 Factor de las prcticas de conservacin (P)
Se define como el factor de prcticas de control de la erosin y se obtienen a
travs de ensayos experimentales, as como de tablas y grficos que han sido
elaborados por diferentes autores. Los valores de P varan entre 0 y 1.
Tambin se considera como una variable independiente y, por tanto, no se incluye
en el factor C, salvo cuando se trata de las prcticas siguientes: cultivo a nivel,
cultivo por fajas y terrazas. Otras prcticas conservacionistas como rotacin con
cultivos herbceos, tratamientos fertilizantes, cubiertos artificiales, etc., se
consideran dentro de los trabajos de cultivo y, por tanto, su influencia en las
prdidas de suelo se incluye dentro del factor C.
3.2.8 Unidades de Paisaje
Al interior de una cuenca hidrogrfica, las caractersticas biofsicas y
socioeconmicas no son homogneas. Las variaciones altitudinales y climticas,
as como las diferentes formas del relieve, de litologa, de pendiente, de suelos, de
drenaje, de vegetacin y de usos del suelo, obliga a considerar la cuenca
hidrogrfica como un conjunto complejo conformado por diferentes unidades de
paisaje, las cuales permiten agrupar espacios geogrficos con caractersticas
similares, cuando no de homogeneidad, desde el punto de vista biofsico y
socioeconmico.
Las Unidades de Paisaje (UP) son divisiones espaciales que cubren el territorio a
estudiar. Una UP debiera ser lo ms homognea posible en relacin a su valor de
paisaje (calidad visual) y valor de fragilidad. La unidad es una agregacin
ordenada y coherente de las partes elementales (Escribano et al. 1991). Las
unidades de paisaje se establecen con base en los aspectos visuales o de
carcter de los factores considerados como definitorios del paisaje. Una de las
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metodologas ms ampliamente utilizadas para la determinacin de UP es el
Anlisis Fisiogrfico, el cual permite subdividir de manera sistemtica el espacio
geogrfico, considerando para tal fin las relaciones genticas y espaciales que
existen entre los paisajes, los suelos y el uso de la tierra. El concepto de paisaje
aqu utilizado, para diferenciarlo de otras aproximaciones conceptuales, hace
referencia al paisaje fisiogrfico, el cual comprende porciones tridimensionales de
la superficie terrestre, resultantes de una misma geognesis, que pueden
describirse en trminos de unas mismas caractersticas climticas, morfolgicas,
de material litolgico y de edad, dentro de las cuales puede esperarse una alta
homogeneidad pedolgica, as como una cobertura vegetal o un uso de la tierra
similares (Villota, H., 1997).
Con base en el Anlisis Fisiogrfico se puede obtener una zonificacin fisiogrfica
del relieve, diferenciando unidades que presentan diferente magnitud espacial, las
cuales pueden agruparse de manera sistemtica bajo las siguientes categoras:
Gran paisaje, Paisaje, Sub-paisaje o Unidad de Terreno.
3.2.8.1 Gran Paisaje
Gran porcin de terreno constituida por asociacin o complejo de paisajes con
relaciones de parentesco de tipo geogentico, climtico, litolgico (grupos de
rocas) y topogrfico general. Las formas generales de mesorrelieve han sido
determinadas por procesos geomrficos endgenos o exgenos definidos como:
plegamiento, vulcanismo, denudacin, disolucin, depositacin fluvial, marina,
lacustre, etc.
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3.2.8.2 Paisaje
Porcin tridimensional de la superficie terrestre resultante de una geognesis
especfica, que puede describirse en trminos de unas mismas caractersticas
mesoclimticas, morfolgicas, de material litolgico y/o edad, dentro del cual, se
espera alta homogeneidad pedolgica y cobertura/uso de la tierra similares, como
por ejemplo: espinazo, estratovolcn, montaa ramificada, abanico, terraza, plano
de marea, etc.
3.2.8.3 Sub-paisaje Unidad de Terreno
ltima categora del sistema correspondiente a una divisin del paisaje,
establecida segn posicin dentro del mismo (cima, ladera, falda; dique natural,
orillares, basn...), y caracterizada por uno o ms atributos morfomtricos como
por ejemplo forma y grado de la pendiente; tipo y grado de erosin; grado de
diseccin, clase de condicin de drenaje.
Dependiendo de la escala y del nivel de detalle del estudio, la zonificacin
fisiogrfica deber realizarse hasta una determinada categora de unidad de
paisaje; por ejemplo, para estudios detallados debern ser delimitadas y
caracterizadas unidades hasta la categora de Sub-paisaje.
Para el presente trabajo se adoptaron las unidades de Sub-paisaje obtenidas en el
estudio "mapa de amenaza de inundacin ro Sisga sector del embalse a la
desembocadura en el ro Bogot municipio de Chocont departamento de
Cundinamarca (1993) a escala 1:10.000, las cuales se presentan en el anexo xx:
mapa geogrfico.
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El uso de unidades de Sub-paisaje resulta muy apropiado para la aplicacin de la
USLE, ya que, como se ha dicho, estas unidades presentan caractersticas de
homogeneidad desde el punto de vista de la forma del relieve, el clima, el drenaje
externo e interno y los suelos, lo cual, a su vez, condiciona ciertos tipos de uso del
suelo.
A manera de ilustracin, en la siguiente figura se presenta la subdivisin hipottica
de una cuenca hidrogrfica, siguiendo la siguiente sistemtica: i) divisin
topogrfica (parte alta, media y baja), ii) gran paisaje, iii) paisaje, iv) sub-paisaje o
unidad de terreno.
Figura 3: Unidades de paisaje de una Cuenca Hidrogrfica
Divisin topogrfica
Gran paisaje
Paisaje
Unidad de Sub-paisaje o unidad de terreno/suelo
Fuente: Autor
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3.3 MARCO LEGAL
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4 METODOLOGA
Figura 4 : metodologa para la aplicacin de la USLE.
Fuente: autor
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La estimacin del aporte de suelos erosionados evaluados mediante USLE integra
una serie de experiencias para llevar a buen trmino el estudio. Para la realizacin
de tales estimaciones existe un desarrollo metodolgico especfico que
comprende la integracin de una variedad de experiencias metodolgicas,
descritas por otros procesos evaluativos de la USLE, las cuales sirvieron de gua
para la aplicacin de la misma en la cuenca hidrogrfica del ro Sisga.
4.1 Documentacin
Inicialmente se revis la documentacin existente sobre la USLE, la cual
comprendi textos escritos especializados tales como el Handbook of Preting
Rainfall erosion Losses(1964), documento que relata la experiencia generada a
partir de parcelas experimentales y que concluy con la propuesta de la ecuacin
universal de prdida de suelo; la base de datos de Elsevier (lder mundial en la
editorial de la ciencia y la informacin de la salud ubicado en Headquartered in
Amsterdam, The Netherland), adems de experiencias publicadas en internet. Se
determin el nivel de desarrollo y de aplicabilidad del modelo, dando una amplia
gama de experiencias muy interesantes tanto positivas como negativas.
En segunda instancia, el desarrollo del proyecto consisti en la recoleccin de
informacin secundaria de las organizaciones que han desarrollado estudios sobre
la cuenca del ro Sisga, de donde se eligieron los componentes esenciales de tal
forma que sirvieran de referencia para la evaluacin de los diferentes rasgos
morfomtricos, biofsicos y socio-econmicos de la misma.
Anexo a esto, la documentacin frente a las experiencias obtenidas de la
aplicacin de USLE, sirvi de referencia para la aplicacin de los diferentes
componentes de la ecuacin para el rea de estudio seleccionada.
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4.2 Registro
El registro consisti en la clasificacin de la informacin recopilada en la
gobernacin de Cundinamarca, corporacin autnoma regional de Cundinamarca,
centros de informacin, libros y pginas en la web.
4.3.1 Descripcin y Delimitacin del rea de trabajo
El Plan de Ordenamiento Territorial POT de los municipios de Chocont y
Sesquil, contiene informacin bsica que fue utilizada para el establecimiento
de la distribucin espacial de la cuenca aferente, adems de los componentes
socioeconmicos que enmarcan a la hoya tributaria. No obstante, estos
documentos no contienen informacin til para el proyecto, ya que no incluyen, al
nivel de detalle requerido, la distribucin y uso de los suelos y de los sistemas
productivos, lo cual oblig a extractar dicha informacin de otras fuentes.
Para la delimitacin del rea de estudio se obtuvo cartografa del Instituto
Geogrfico Agustn Codazzi a escala 1:100.000 y luego se detall la planimetra
con una mayor resolucin (1:25.000).
Una vez establecida el rea de influencia (planchas 228IIa, 209IVC y 209IVA) de
la cuenca, se procedi a la digitalizacin de las planchas cartogrficas a escala
1:25.000.
Seguido a esto, se evaluaron los rasgos morfomtricos que indicaron el estado y
caractersticas de la hoya hidrogrfica, en cuanto hace referencia a los
parmetros de forma y de relieve.
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4.3.2 Zonificacin de la cuenca hidrogrfica
Una vez se delimit y digitaliz el rea de estudio, se introdujo la informacin de
las estaciones hidrometeorolgicas del sistema de monitoreo nacional a cargo del
Instituto de Hidrologa, Meteorologa y Estudios Ambientales de Colombia (IDEAM)
y de la Corporacin Autnoma de Cundinamarca (CAR), de las cuales se
obtuvieron cinco estaciones pluviomtricas que se encuentran dentro de la cuenca
(base para la evaluacin del ndice de erosividad) y otras que aportaron a la
generacin del mapa de isolneas de precipitacin.
En cuanto a las unidades de paisaje, se tom la informacin del estudio Inventario
de Recursos Naturales en la Jurisdiccin de la Corporacin Autnoma de
Cundinamarca CAR- del ao 2005, adoptando como unidades de paisaje las
unidades descritas all. La escala del estudio no fue homognea respecto a la
tomada para la realizacin de la etapa de digitalizacin (1:25.000), ya que los
estudios de paisaje realizados en Colombia y, ms especficamente para el
departamento de Cundinamarca, se presentan a escala 1:100.000 y a este nivel
no se aprecian los detalles necesarios para la aplicacin de la USLE.
Las unidades de sub-paisaje fueron tomadas del mapa de uso actual y cobertura
vegetal de los suelos del departamento de Cundinamarca a escala 1:25.000.
Los sistemas de informacin geogrfica fueron la herramienta esencial para la
proyeccin, anlisis e interpretacin de la informacin recopilada para la aplicacin
de la ecuacin universal de prdida de suelo.
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4.3.3 Identificacin de escenarios
Los escenarios hidroclimatolgicos evaluados para la cuenca aferente fueron: ao
hmedo, que comprende la mxima precipitacin total anual, del rcord de lluvias
de cada una de las estaciones seleccionadas; ao seco, evaluado mediante la
sumatoria de las precipitaciones medias mensuales de cada una de las estaciones
meteorolgicas elegidas en la cuenca, que registre el menor valor total anual; ao
promedio, evaluado mediante la media aritmtica de las precipitaciones
mensuales multianuales de los eventos de las estaciones. La interpretacin de los
resultados obtenidos se di en condiciones especficas, en las cuales la erosin
del suelo vari segn los escenarios hidroclimatolgicos.
4.4 Evaluacin
Para la evaluacin de los factores de la ecuacin universal de prdida de suelo,
se obtuvo o gener la siguiente informacin:
Mapa de isoyetas
Mapa de textura del suelo
Mapa de pendientes
Mapa de uso y cobertura del suelo
Prcticas de conservacin.
A esta informacin se le hizo un procesamiento con el programa ArcGis 9.3 con el
fin de obtener la informacin estrictamente requerida para el clculo de la USLE y
su correspondiente representacin cartogrfica.
El software utilizado para el anlisis espacial pertenece a la familia Arc-Info (para
el anlisis vectorial y la presentacin de mapas), el programa Idrisi y un gestor de
bases de datos (Microsoft office Excel 2007).
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4.5 Anlisis
La fase final comprendi la exposicin de las condiciones a las que se ve sometido
el embalse por todos aquellos agentes que influencian la generacin de
sedimentos. Es as como se apreciaron los efectos de los sedimentos a la
batimetra del embalse, la incidencia del Plan de Ordenamiento Territorial en la
susceptibilidad de los suelos erosionados y la confiabilidad de la ecuacin
universal de prdida suelo para el sistema propuesto.
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5 GENERALIDADES DEL REA DE ESTUDIO
5.1 DESCRIPCIN DE LA CUENCA HIDROGRFICA DEL RO SISGA
El rea de estudio se localiza en la zona nororiental del departamento de
Cundinamarca, dentro del denominado sector geogrfico de la sabana norte,
donde por su ubicacin geogrfica opera como cabecera de la provincia
Alemeida. La cuenca hidrogrfica del ro Sisga o ro San Francisco tiene un rea
de 154 km2 con un aporte al embalse anual medio de 73.1 millones de m3, que
equivale a un caudal medio de 2.30 m3/s. Casi el 61% de esta contribucin es del
ro Sisga, con 1.40 m3/s y la Quebrada Grana
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