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Los modelos de erosión
Introducción histórica. Modelo de Meyer-
Wischmeier. Clasificación de modelos. Modelos
cualitativos. Modelos cuantitativos. Evaluación cualitativos. Modelos cuantitativos. Evaluación
directa e indirecta.
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Introducción histórica
Aunque se pueden citar autores que estudiaron la erosión desdetiempos remotos, hay que decir que su estudio ha estado ligado a lapérdida de productividad de las tierras. El origen es de carácter agrícola
“Dust Bowl” de Nueva York (12 de mayo de1934) del Corn Belt
Creación del USDA y el SCS (1935)
Red de parcelas en USA (10.000 parcelas/año)
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Evolución del estudio de la erosión
Antes, el objetivo de las medidas de control de la erosión era
reducir la tasa de pérdida de suelo, hasta situarla por debajo de
la denominada tolerable. Este concepto para los
conservacionistas del suelo se basaba en garantizar que la tierra
fuera utilizada de tal forma que pudiera producir indefinidamente,
lo que significaría la inexistencia de un deterioro progresivo. Esto
se conseguía cuando la tasa de pérdida de suelo es inferior a lase conseguía cuando la tasa de pérdida de suelo es inferior a la
tasa de formación de suelo.
Actualmente, las consecuencias de la erosión no se limitan a los
aspectos cuantitativos, sino que su efecto conlleva pérdidas de
cualitativas como la perdida de materia orgánica y de nutrientes,
como ya se ha comentado
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Bajo este punto de vista, hay procesos erosivos que aúnsiendo cuantitativamente “leves” pueden considerarsedesde el punto de vista cualitativo muy importantes; esel caso de la erosión laminar que arrastrafundamentalmente los materiales más finos, que son losmás estrechamente relacionados con las propiedadesrelativas a la nutrición. Esta forma de entender lascosas, ha llevado a dar un mayor énfasis a los efectoscosas, ha llevado a dar un mayor énfasis a los efectosprotectores de la cubierta del suelo frente a las obras decontrol de la escorrentía, aunque en las zonassemiáridas sea necesaria la integración de ambastécnicas. De hecho, la técnica de conservación desuelos más utilizada en el ámbito forestal español es lallamada genéricamente, gestión de la cubierta, y dentrode ésta, los trabajos de reforestación.
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Foto en Tramo medio del rio Jarama. Término municipal de Puebla de Valles
(Guadalajara).
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la modelización trata de dar respuesta a todos aquellos aspectos
técnicos que facilitan el conocimiento de los diferentes parámetros e
interrelaciones implicados, para posteriormente, con ayuda de las
actuales herramientas informáticas, tratar de reproducir el sistema en
el que se desarrollan los procesos, ya sea desde el estudio de un
simple reguero, a un complejo modelo distribuido que pueda explicar el
comportamiento global en una cuenca hidrográfica.comportamiento global en una cuenca hidrográfica.
la modelización de los procesos erosivos se basa en la obtención
de algoritmos matemáticos que describan la disgregación, el
transporte y la deposición de los materiales.
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Las tres razones básicas para la modelización de los procesos de erosión,
según Lal (1996), son las siguientes:
a) Se pueden utilizar como herramientas de predicción, en la evaluación
de las pérdidas de suelo, en la planificación de conservación de suelos, en
los proyectos de planificación, inventario de zonas erosionadas, etc.
b) Los modelos matemáticos con base física, a través de distintos soportes
informáticos, pueden predecir dónde y cuándo ocurre la erosión, por lo tanto,
ayudan al planificador en las tareas relacionadas con la reducción de la erosión.
c) Pueden utilizarse como meras herramientas que ayuden a comprender los
procesos erosivos, sus interacciones, estableciendo las prioridades para
futuras investigaciones.
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Formas de erosión
Grados de erosión
Rangos y/o baremos
Parcelas de erosión
Evaluación directa Clavos de erosión
Agujas de erosión, etc
Modelos cualitativos
Agujas de erosión, etc
Modelos empíricos
Evaluación indirecta Modelos conceptuales
Modelos con base física
Modelos cuantitativos
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Este tipo de modelos tiene por objetivo la estimación de la erosión
actual, acudiendo directamente a las laderas, reconociendo las
distintas formas de erosión y de sedimentación y estimando el grado de
erosión mediante la ponderación de los factores de los que depende.
Modelos Cualitativos
En este tipo de métodos, una herramienta fundamental la constituye la
cartografía de las unidades homogéneas en función de los parámetros
principales que controlan el fenómeno erosivo (suelo, vegetación,
topografía, etc), y la atribución de categorías, niveles o clases, en los
que la subjetividad juega un papel importante.
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Modelos Cualitativos
Modelo FAO
Modelo ITC
Corine (UE)
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Modelo CORINE
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Métodos directosde medición de la erosión
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Métodos directos. Medida de erosión con clavos
Antes Después
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Clavos de erosión. Fuente: EIAS. Univ. Talca. Chile
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Nivel de burbuja en la
superficie inicial del
suelo
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Se añade un floculante a la mezcla de agua y sedimentos
recogida en cada tanque. El suelo precipita en el fondo del
tanque y el agua se saca de los tanques y se mide. Se
determina el volumen de suelo que ha quedado en el tanque
y se separa una muestra de volumen conocido para secarla
y pesarla. El peso de la muestra, multiplicado por el volumen
total da el peso total de suelo en el tanque. Si todo el suelo
ha sido recogido en el tanque, este peso total de suelo en el
tanque, este peso representa la pérdida total de suelo de latanque, este peso representa la pérdida total de suelo de la
parcela. Para tanques divisores, es necesario ajustar el peso
del suelo en el tanque de acuerdo con la prporción de la
escorrentía total y sedimentos que pasaron al tanque. Así,
para el diseño mostrado en la FIGURA, la pérdida total de
suelo de la parcela es el peso del suelo en el primer tanque
más, admitiendo que 1/5 del flujo del primer tanque pasa por
el divisor al segundo tanque, cinco veces el peso del suelo
en el segundo tanque
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Parcelas de erosión
Parcela de erosión en la Finca La Higueruela. Santa Olalla (Toledo).
CSIC. CCMA
www.ccma.csic.es/dpts/suelos/hidro/hidroes.htm
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Fuente: Héctor Cortés. IMTA. México
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Pluviómetro
Zona interrill
rill
Estructura metálica de
Parcelas de erosión
Colector de sedimento
metálica de medición
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Gerlach. Isla de Rodas.
Junio 2006
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Simulador de lluvia
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Fuente: Héctor Cortés. IMTA. México
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Detalle de manómetro y
bastidor
Control de las tuberías y
datalogger
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Perfiladores
bidimensionales
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Otras mediciones directas
Puebla de Valles (Guadalajara, España). Preparaciones del terreno para repoblación. Fuente: Proyecto (FOR 90-1005-CO2-01 / FOR 90-1005-CO2-02 )
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Modelos CuantitativosModelos Cuantitativos
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DR
DISGREGACION POR GOTA DE LLUVIA
DE
DISGREGACION POR ESCORRENTIA
TR
CAPACIDAD DE TRANSPORTE POR LLUVIA
TE
CAPACIDAD DE TRANSPORTE POR ESCORRENTIA
Suelo que procede del tramo anterior
Suelo disgregadoen el incrementoen el incremento
D, SUELO TOTALDISGREGADODISPONIBLE
T, CAPACIDADTRANSPORTE TOTALEN EL TRAMO
Suelo erosionado al tramo siguiente
Si D<T Si T<D
Comparar
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TR
TE
DR
Suelo que procede del tramo anterior
DE
Suelo disgregado en elincremento
D, SUELO TOTALDISGREGADODISPONIBLE
T, CAPACIDADTRANSPORTETOTAL EN ELTRAMO
Si D<T Si T<D
Suelo erosionado al tramo siguiente
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Disgregación por splash
DR = K1·A·I2
Transporte por splash
TR = K2·S·I
Disgregación por Capacidad de Disgregación por flujo
DF = K3 A·S2/3·Q2/3
Capacidad de transporte por flujo
TC = K4·S5/3·Q5/3
Donde, A=Area, I=Intensidad de lluvia, S=Pendiente del terreno (sen θθθθ) y Q=Escorrentía
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Modelos empíricos. Son modelos basados en la lógica inductiva, y generalmente se
aplican en aquellas condiciones en las que han sido calibrados. Como ejemplo
característico se puede citar el clásico modelo U.S.L.E. y el R.U.S.L.E.
Modelos conceptuales. Son también conocidos como parcialmente empíricos ó mixtos.
Están a medio camino entre los paramétricos y los físicos. Están basados en la integración
de los modelos hidrológicos, de erosión y de transporte de sedimentos, con el fin de
obtener la emisión de sedimentos a la salida de una cuenca hidrográfica. En este tipo de
modelos destacan el CREAMS (U.S.D.A., 1980) y el ANSWERS (BEASLEY et al., 1980).
Modelos físicos. Son los más extendidos en la actualidad. Su objetivo es representar unaModelos físicos. Son los más extendidos en la actualidad. Su objetivo es representar una
síntesis de los componentes individuales que afectan a la erosión, incluyendo las
complejas interacciones de los diversos factores que intervienen, así como su variabilidad
espacial y temporal. La investigación científica utiliza estos modelos para ayudar a
identificar qué partes del sistema son más importantes en el conjunto de los procesos de
erosión y, por lo tanto, saber a cuáles hay que prestar mayor atención en el desarrollo de
tecnologías de predicción y control. En este caso, se pasa revista a los modelos W.E.P.P.
(Lane y Nearing, 1989; Nearing et al., 1989) y al modelo europeo, EUROSEM (Morgan et
al., 1985).
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Modelos cuantitativos de evaluación indirecta de la erosiónMODELONOMBRE(S)
TIPO DE MODELO
ESCALA DE APLICACION
RESOLUCION TEMPORAL
RESOLUCION ESPACIAL
COMPONENTES SEPARADAS
RILL/INTERRILL
EVENTO o CONTINUO
REFERENCIAS
USLE y RUSLE Empírico Laderas Pérdidas anuales de
suelo
No No ----- Wischmeier & Smith (1978) y Renard (1994)
SLEMSA Empírico Entre ridges Id No No ----- Elwell, 1978
ANSWERS Conceptual Pequeñas cuencas
(Catchment)
Distribuido Distribuido (2D) No E Beasley et al (1980)
CREAMS Conceptual Escala Parcela (Field Scale)
Pérdidas totales por tormentas
No Sí E USDA, 1980
Calvin Rose Base Física (BF)
Elementos planos (p.e. pendientes
Distribuido (D) Distribuido (1D) No E Rose et al, 1983 a,b
pendientes uniformes)
SEM BF Pequeñas cuencas
D Distribuido (2D) Sí (para laderas) E (Continua) Nielsen y Styczen,
1986. DHI y IoG, 1992
WEPP BF Versión laderaVersión cuenca
DD
Distribuido (1D)Distribuido (2D)
Sí Continuo Lane y Nearing,
1989
EUROSEM/KINEROS
BF Parcelas individuales y
pequeñas subcuencas
D Distribuido (2D) Sí E Morgan et al 1995
EUROSEM/SHE
BF Laderas y pequeñas cuencas
D Distribuido (2D) Sí C DHI (1994)
SHESED-UK BF Pequeñas subcuencas
D Distribuido (2D) No C Wicks et al (1992)Fuente: ABBOTT, M.B. y REFSGAARD, J.C. (1996). Distributed Hydrological Modelling.