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Ricardo Schmalbach R

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Ricardo Schmalbach tiene como vocación el cuidado del ambiente, buscando siempre soluciones creativas e innovadoras, comprometidas con una ambiente sano. Es un Biólogo Marino con 24 años de experiencia en el control de erosión en costas y riberas. Preocupado por motivar a la acción para preservar el ambiente informa en esta página sobre los estudios y preocupaciones de los asociados a IECAIberoamerica

URL del sitio web:

Autor

José Marcelino Quirós M.

Téc. Saneamiento Ambiental y Especialista en Minería y Medio Ambiente

Penonomé, Coclé, Panamá

 

 

RESUMEN:

En Panamá actualmente se están desarrollando varios proyectos de envergadura tales como la Ampliación del Canal de Panamá, construcción de carreteras, hidroeléctricas y la construcción de una mina de cobre a cielo abierto. Panamá tiene un promedio de precipitación entre 2,000 a 6,000 mm1 de lluvia anual (dependiendo del sector del país), el suelo es principalmente arcilloso y frágil, en las experiencias que se desarrollaran tenemos que se ha trabajado principalmente en áreas de relieve variable con pendientes pronunciadas y alturas medias, lo cual incrementa los procesos de erosión hídricos por las escorrentías.

Datos Promedios 2011 INEC – Contraloría General de la República de Panamá – ETESA

Este masivo movimiento de tierras bajo las condiciones de precipitación y tipo de suelo, ha puesto de manifiesto la necesidad implementar controles de erosión efectivos y prácticos que prevengan o reduzcan el impacto negativo de la sedimentación generada por el arrastre de partículas de suelo.

El presente artículo trata de dos experiencias puntuales en una zona minera donde actualmente opera una mina y se construye otra, adicional de la construcción de caminos rurales en la zona montañosa donde el promedio de lluvias alcanza los 4,500 mm al año en la provincia de Coclé, siendo la erosión del suelo y la sedimentación de los cuerpos de agua los principales impactos ambientales que generan estos proyectos.

Keywords: Erosión, Sedimentos, Trópico, Precipitación, Proyectos

Fundamento Legal que trata sobre la Erosión de los Suelos en Panamá

Legislación Forestal de la República de Panamá

Ley N°41 de 1 de Julio de 1998 (General del Ambiente

 

INTRODUCCIÓN

La importancia de tomar consciencia del cuidado ambiental enfatizado en el Control de la Erosión y Prevención de la Sedimentación al momento de emprender proyectos de desarrollo económico/industrial y la construcción de facilidades públicas, es de suma necesidad en los momentos actuales donde por los efectos del cambio climático están alterando de manera repentina y en algunos casos drásticamente nuestros patrones de precipitación pluvial, incremento en la temperatura, desertificación y pérdida de suelo fértil, esto influenciado en gran medida por la pérdida de la cobertura vegetal protectora que minimizaba los efectos de los fenómenos naturales, siendo en este caso algo fundamental ya que tanto la minería a cielo abierto y la apertura de caminos rurales conlleva en muchos casos grandes movimientos de tierra.

 

 

 

 

Antecedentes

En noviembre del año 2006 se presentó un fenómeno de altas precipitaciones en la vertiente del Caribe Panameño que generó un gran impacto ambiental y de comunicación en las comunidades del norte de la provincia de Coclé y en el distrito de Donoso en la provincia de Colon.

Durante ese evento se registró durante una semana (aproximadamente), una precipitación acumulada de 330 mm, lo cual generó un volumen de agua acumulado de aproximadamente 2573 m3/ha, afectando carreteras, destruyendo puentes, generando inundaciones y provocando muchos deslizamientos de tierra.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OBJETIVOS

 

Mostrar las medidas utilizadas para el control de la erosión y la prevención de la sedimentación a lo largo de 8 años de labor en la zona de desarrollo minero en el área de Donoso y en la construcción de caminos de acceso rurales en el norte de la provincia de Coclé , teniendo en cuenta los volúmenes de precipitación y siempre enfatizando que estas medidas deben ser dispuestas en sitio antes del inicio de la remoción de la cubierta vegetal del área a intervenir para un control más eficiente y minimizar las labores posteriores de mitigación de la sedimentación.

 

 

 

 

 

DESARROLLO DEL TEMA

 

 

A) Experiencia en Desarrollos Mineros

 

Se expondrán los casos en dos temas centrales relacionados que son el Control de Erosión y Prevención de la Sedimentación durante el desarrollo de los proyectos mencionados.

 

1. Medidas de Control de Erosión: La mina en mención se desarrolla en un área mayor a 5000 hectáreas, lo que implica la construcción de caminos de acceso, plataformas para la construcción facilidades de logística y procesos y la labor de mayor impacto que es la conformación del tajo abierto y relaves, en el periodo de estudio tratado en este artículo que es durante su fase inicial del año 2011 a 2013, se realizaron principalmente obras de bioingeniería y/o controles estructurales tantos rígidos como muros o semiflexibles como son los gaviones y mantos sintéticos. Las obras a escoger se definieron tomando en cuenta factores como pendientes, régimen pluviométrico local, tipos de suelos y disponibilidad de materiales en sitio, en base a estos factores y/o alguna condición particular del área que se necesita rehabilitar o conservar se hacen las variaciones de aplicación que pueden incluir la aplicación de técnicas mixtas, todo esto se había planificado en un plan de control de erosión diseñado en específico para este proyecto.

 

Aplicación de Mejores Prácticas de Control de Erosión

 Mantener la vegetación existente el mayor tiempo posible e ir removiéndola gradualmente.

 Minimizar el arrastre de sedimentos disminuyendo la superficie de suelo expuesto.

 Protección de los cursos de agua con franjas de vegetación.

 Minimización del aporte de sedimentos aguas abajo de los sitios de construcción.

 Conformación Ordenada de Depósito de Material de Desecho.

 

 

 

 

Como todo proyecto de Construcción siempre se genera material de desecho, este se debe depositar siguiendo una secuencia ordenada para minimizar la erosión y evitar al máximo el consiguiente arrastre por escorrentía de sedimentos a cuerpos de aguas permanentes o temporales que por el relieve ondulado del suelo en esta zona generalmente se encuentran próximos a las depresiones naturales que se suelen escoger para estos depósitos de material.

 

 

 

 

 

 

Medidas de Prevención de la Sedimentación:

En algunas ocasiones fue necesario instalar medidas preventivas adicionales de control de sedimentos, ya sea por dificultades del terreno (arcilloso y propenso a la escorrentía), implementando barreras tipo Silt Fence, bermas de filtrado lento, bermas vegetales, esto implica la posibilidad de utilizar técnicas mixtas igualmente para lograr un mejor efecto de prevención de la sedimentación a cuerpos de agua. En el caso de los cuerpos de agua que son los receptores más sensibles de la sedimentación, se colocó un lecho rocoso para mejorar la calidad del agua en el sitio y de esta forma evitar afectaciones a comunidades próximas a la zona de influencia del proyecto.

 

 

 

 

 

 

Limpieza y Rehabilitación de Cuerpo de Agua con alta presencia de Sedimentos.

Hubo lugares muy específicos donde los sedimentos se habían desplazado hacia una quebrada, y el tratamiento de este caso requirió que adicional a la contención del flujo de sedimentos aguas abajo, remoción de lodos y cobertura del talud expuesto, se realizara lo que se denominó como Rehabilitación de Espejo de Agua, lo cual se logra simplemente restaurando el cauce afectado con la incorporación de una capa de rocas con un tamaño lo suficientemente grande como para confinar inicialmente la capa sedimentaria que persiste luego de la remoción de lodos , este lecho rocoso implantado a su vez disminuirá la velocidad de la corriente en el punto específico logrando que la capa sedimentaria sea removida gradualmente por la propia corriente natural. 

 

 

 

B) Caminos Rurales

La provincia de Coclé, en su mayoría está comprendida por áreas rurales y de producción agrícola, por lo tanto siempre se está realizando el mantenimiento de las vías existente y, previo estudio de factibilidad, se realiza el corte y conformación de nuevas vías de acceso. El desarrollo de estos caminos igualmente incluye la necesidad de minimizar el impacto constructivo y el mantenimiento de los suelos y cuerpos de agua adyacentes al área constructiva, teniendo esto como referencia se hará una breve referencia a lo que se acostumbra realizar en este tipo de actividades para el control de la erosión y prevención de la sedimentación.

 

 

Las Técnicas más comunes en los caminos rurales de panamá son:

1. Establecimiento de plantulas de Vetiver como refuerzo y soporte radicular.

2. Fajones de contorno, reutilizando la Madera sobrante de las labores de poda y tala que se realizan a las orillas.

3. Colocación de pacas de paja de arroz como retenedoras de sediment y filtro de agua.

4. Técnicas Mixtas de Bioingeniería y estructuras rígidas o semirígidas.

 

 

 

 

 

 

 

 

CONCLUSIONES

En Panamá se han estado realizando esfuerzos para el control de erosión, prevención de la sedimentación y evitar la pérdida de suelos en actividades que implican alteraciones al medio natural. Para lograr un control efectivo de estos aspectos se concluye que en los proyectos se debe tener una visión clara de la importancia de prevenir antes que controlar, lo que se logra siguiendo los siguientes pasos:

 Realizar Estudios de Línea Base y Factibilidad que contemplen análisis detallado de la pluviometría y de los suelos.

 Instalación de medidas iniciales de control de erosión.

 Planificación progresiva de la remoción de cobertura vegetal.

 Movimientos de tierra ordenados por secciones manejables.

 Compactación adecuada y sellado de los botaderos de material edáfico sobrante.

 Revegetación progresiva de las áreas tan pronto ya han recibido su conformación final.

 

APORTES

Luego del análisis de todo lo expuesto se pueden realizar las siguientes recomendaciones a manera de aportes de lo expuesto. .

 Fomentar la conservación de suelos en las empresas dedicadas al desarrollo de proyectos que impacten al medio natural.

 Promover la reforestación y revegetación de las áreas expuestas en general para minimizar los efectos erosivos.

 Divulgar las experiencias de control de erosión y prevención de la sedimentación en áreas tropicales para el enriquecimiento de la experiencia de los profesionales del sector.  

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

http://www.servir.net/floods/panama_11-06.html

http://www.hrc-lab.org/education/index.php

http://floodobservatory.colorado.edu/NorthernSAmer.htm

http://www.hidromet.com.pa/imagenes_satelite.php

Legislación Forestal de la República de Panamá, Ley 1 del 3 de Febrero de 1994 Por La Cual Se Establece La Legislación Forestal En La República De Panamá Y Se Dictan Otras Disposiciones. Ley Nº 41 de 1 de julio de 1998, Título VI De los Recursos Naturales, Capítulo IV Uso de Suelos.

Ministerio de Obras Públicas de Panamá, Manual de Especificaciones Ambientales (2002), pág. 18 y 27.

Ministerio de Obras Públicas de Panamá, Especificaciones Técnicas Generales para la Construcción y Rehabilitación de Carreteras y Puentes, Capítulos 30, 42,76.

Autoridad Nacional del Ambiente (ANAM), Atlas de Tierras Secas y Degradadas de Panamá

Autoridad Nacional del Ambiente (ANAM), Indicadores de Sequía y Degradación de Tierras

Contraloría General de la República, INEC, Estadísticas Ambientales 2008-2012

JVP-Minera Panamá, 504832-0000-4EPA-0005-Erosion-Sediment Control_ 2011-06-22

JVP-Minera Panamá, 504832-0000-4EPA-0006-Vegetation Disposal Plan_Rev.00 (EN)l

Comisión Europea/FAO – Programa Euroclima, Atlas de Suelos de América Latina y El Caribe.

IDIAP, 1er Taller Latinoamericano globalsoilmap.net atlas de suel

El pasado 21 de noviembre se llevó a cabo y con éxito el 1er Foro “Ingenieros Oceanográficos en Colombia: todo un reto profesional” en la sede de Ciencias del Mar. Este foro pretendía dar un espacio de discusión académica sobre el rol de nuestros profesionales en su campo de acción, teniendo en cuenta que quizá en menos de un año se gradúen los primeros Ingenieros Oceanográficos del país.

 

El foro contó con la grata participación de diferentes profesionales de todas las áreas de acción del Ingeniero Oceanográfico, desde el sector Portuario, Infraestructura Costera, Modelación, y Análisis de Procesos Físicos. Los Invitados en calidad de Panelistas fueron:

·         Dr. Carlos Alberto Palacio. Vicerrector de Extensión de la UdeA.

·         Dr. Fabio de Jesús Vélez. Jefe de la Escuela Ambiental de la UdeA.

·         Dr. Ricardo Schmalbach. Presidente para Iberoamérica ante la IECA (International Erosion Control Association).

·         Dr. Francisco Hoyos. Presidente de la Asociación de Armadores de Colombia. ARMCOL. Y Director de la I.E ENTREMAR.

·         Dr. José Alejandro Sarmiento Díaz. Consultor, Docente e Inspector Marítimo de la I.E. ENTREMAR.

·    Dra. Yuley Cardona Orozco. Docente de los programas de Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hídricos e Investigadora del grupo OCEANICOS de la Universidad Nacional.

·         Dr. Efraín Rodríguez Rubio. Consultor y Gerente de Metocanica Colombia S.A.S.

·        Dr. Pablo Agudelo Restrepo. Gerente General de Grupo Elemental y de la Sociedad de Proyectos e Infraestructura de Antioquia, SPIASA (promotora del proyecto: Darién International Port).

Los panelistas, tras unas breves exposiciones y una sesión de preguntas y discusiones, concluyeron sobre la versatilidad que pueden tener los futuros ingenieros oceanográficos y el campo de acción tan amplio que pueden encontrar en el medio, sin embargo no se desconoce el gran reto que sigue, y es dar a conocer el programa y posicionar con calidad el que hacer de estos profesionales en los diferentes gremios que de una u otra forma tienen que ver con el desarrollo y aprovechamiento sostenible de los recursos costeros y marítimos.

 

A futuro se espera poder seguir con la colaboración de las instituciones participantes, y promover el trabajo interinstitucional donde puedan emplearse a futuro nuestros egresados procurando un correcto desarrollo del entorno costero y oceanográfico del país.

 

 

Autor:

María Soledad Bustos, Fundación Miguel Lillo, Miguel Lillo 251, CP 4000, Tucumán, Argentina.

Introducción

La erosión es un proceso natural por el cual las partículas del suelo son desprendidas y transportadas sobre la superficie por efecto de agentes como la lluvia, la escorrentía, el viento, la gravedad, reacciones químicas y perturbaciones antropogénicas (LAL. 2001: 521, LIM ET AL. 2005: 62). Los factores que controlan la erosión incluyen las propiedades del suelo, la pendiente del terreno, la vegetación, la cantidad e intensidad de precipitaciones (MONTGOMERY 2007: 13268). Las tasas naturales de erosión se ven modificadas por efecto de las actividades humanas dando lugar, en general, a la erosión acelerada. La deforestación, las prácticas agrícolas, la falta de ordenamiento territorial y la minería favorecen el incremento de las tasas de erosión (LIM ET AL. 2005: 62). La erosión tiene consecuencias tanto en el sitio como fuera del sitio. Las partículas de suelo o fragmentos de roca transportados por la escorrentía, alimentan las redes de drenaje y pueden permanecer en suspensión por grandes distancias o sedimentarse temporal o definitivamente, aportando nutrientes y creando hábitats en los ecosistemas acuáticos, reduciendo el valor o provocando daños a instalaciones o incrementando el costo del tratamiento de las aguas para diversos usos. La sedimentación también disminuye la capacidad de los embalses y puede incrementar la frecuencia y severidad de las inundaciones al reducir la capacidad de los canales.

La cuenca semiárida de Tapia – Trancas, en el Noroeste Argentino, abastece al embalse Celestino Gelsi (provincia de Tucumán). Estudios batimétricos llevados a cabo en el embalse dieron como resultado que 36 años después de la habilitación del dique la tasa de sedimentación ha provocado la pérdida de la capacidad útil en un 35% (una tasa de casi el 1% anual); dicha situación fue atribuida al mal manejo de los usos del suelo, expansión agrícola, deforestación, sobrepastoreo, en la cuenca de Trancas (ADLER.2005: 52). Por ello se propuso investigar las fuentes de sedimento y las variables que controlan su producción en la cuenca de aporte del embalse.

 

 

Los objetivos planteados fueron:

 Estimar la erosión y la producción específica de sedimento de la cuenca.

 Jerarquizar las variables intervinientes.

 Proponer medidas de manejo para la conservación del sistema.

 

Área estudio Los límites naturales de la cuenca Tapia – Trancas (figura 1) son los sistemas de Sierras de Medina y Castillejos en el sector Este y las Cumbres Calchaquíes al Oeste. La cuenca alimenta el Embalse Celestino Gelsi en el sector sur y por el Norte se extiende en Campo del Tala, en la provincia de Salta. Su superficie abarca unos 5300 Km2, con altitudes desde los 600 a los 4000 msnm en el sector de las Cumbres Calchaquíes y hasta los 2000 msnm en el sector de las Sierras de Medina. El clima es seco de estepa del tipo BShwa de Köppen (ZUCCARDI Y FADDA.1972: 339). La temperatura media anual es de 19º C, los valores extremos van de 40º C máxima a -5º C de mínima (SANTILLÁN DE ANDRÉS Y RICCI.1966: 12). La precipitación anual varía entre 400 mm y 1000 mm anuales concentrados en los meses de noviembre a abril (FERNÁNDEZ.1979: 131). La economía de la cuenca se basa principalmente en las actividades agrícola-ganaderas siendo preponderante la ganadería de bovinos orientada a la producción de leche. De acuerdo a datos del CNA (INDEC, 2002), en el año 2002 se reportaron unas 29.500 cabezas de ganado bovino y las tierras agrícolas se distribuían en entre forrajes (16.050,5 ha), cultivos (13.794,9ha) y bosques/montes implantados (120,5 ha). Los cultivos se repartían entre: legumbres (9.472,2ha), cereales para grano (4.219,6ha), hortalizas (564,7ha), oleaginosas (250ha) y cultivos industriales (222,8ha).

 

 

Materiales y Métodos

El modelo EUPSR (Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisado) de RENARD ET AL. (1997) fue aplicado en un sistema de información geográfica, para obtener la pérdida media anual de suelo en la cuenca, sobre la base de una grilla de celdas (MILLWARD Y MERSEY.1999: 110). La ecuación del modelo es el producto de cinco factores:

A = R x K x LS x C x P (ecuación 1)

Dónde A es la pérdida media anual de suelo (t ha-1 año-1), R es el factor de erosividad de las precipitaciones (MJ mm ha-1 h-1 año-1), K es el factor de erodabilidad de suelo (t ha h ha-1 MJ-1 mm-1), LS es el factor topográfico, C es el factor de cobertura vegetal y P es el factor de prácticas agrícolas, estos tres últimos son adimensionales.

Dada la falta de datos pluviográficos en el área de interés, para determinar la erosividad se aplicó la ecuación propuesta por RENARD Y FREIMUND (1994: 299) que estima la erosividad en base a la precipitación anual:

R = 0,04830 x P1,610 (ecuación 2)

Donde R es el factor de erosividad y P es la precipitación media anual (mm).

Para representar la distribución espacial del factor R se empleó el Mapa de Precipitaciones del NOA del período 1934 – 1990 y las localidades de la Base de Datos mensuales de precipitación del NOA. El mapa fue georreferenciado y proyectado en sistema POSGAR 1994, Zona 3, Datum WGS 84. Las isohietas anuales fueron digitalizadas, rasterizadas y luego se realizó la interpolación por kriging ordinario para obtener una superficie continua de precipitación anual y se aplicó la ecuación 2 a la grilla de precipitación anual del área de estudio.

La distribución de la erodabilidad del suelo fue representada con la Hoja 2765-II San Miguel de Tucumán, teniendo en cuenta que los materiales parentales (litología) explican la distribución y propiedades de los suelos derivados (MINTEGUI AGUIRRE Y LÓPEZ UNZÚ.1990: 131). El mapa fue georreferenciado y proyectado en el sistema POSGAR 1994, Zona 3, Datum WGS 84, para asegurar su correcta superposición con las capas que representan los demás factores de la EUPSR. Los polígonos que representan las unidades litoestratigráficas fueron digitalizados y a cada unidad se le asignó un valor de erodabilidad acorde a lo observado por GUIDO (1987: 107), quien reconoció la coincidencia entre la distribución de K y la geología en una microcuenca de la cuenca de Tapia - Trancas. El mapa de erodabilidad fue convertido a formato raster con un tamaño de pixel de 30m x 30m. Además, se realizaron relevamientos de la cobertura, excavaciones de calicatas para describir los horizontes de los suelos y muestreos de cada uno de ellos. Las muestras fueron analizadas en laboratorio y la erodabilidad se calculó mediante la aproximación algebraica del nomograma propuesta por WISCHMEIR Y SMITH (1978: 10).

 

 

El factor topográfico fue estimado tomando como base al modelo de elevación digital de terreno DEM SRTM y aplicando las ecuaciones propuestas por RENARD ET AL. (1997: 105) para el subfactor L y la ecuación de DESMET y GOVERS (1996: 429) para el subfactor S.

La distribución espacial del factor C fue representada mediante los mapas de cobertura obtenidos por clasificación supervisada de imágenes Landsat 5 TM de 1988, 1997 y 2007 aplicando el algoritmo Support Vector Machine (HSU ET AL.2007). Al mapa de cobertura 2007 se le realizó un análisis de matriz de error tomando como verdad de campo áreas de interés reconocidas en base a imágenes CBERS 2B HRC (fuente: INPE). Las clases de cobertura representadas fueron: Bosque Chaqueño Serrano, Tierras Agrícolas, Bosque Montano Inferior, Bosque Montano Superior, Pastizales y Agua. A cada tipo de cobertura del suelo se le asignó un valor del factor C como se describe a continuación: a las tierras agrícolas se les asignó un valor que resulta del promedio entre C=1 (suelo desnudo), C=0,025 (sabana o pradera herbácea), C=0,4 (trigo), C=0,55 (maíz) y C=0,5 (soja), tomados de MORGAN (1997, citado por PORTA Y LÓPEZ ACEVEDO.2005: 429). Para el bosque Chaqueño Serrano, C es el promedio entre C=0,04 (bosques con altura de caída de gotas ≤ 4m, 75% de cubierta de copas y 80% de cubierta en contacto con el suelo) y C=0,08, correspondiente a matorral con buena cobertura. El Bosque Montano Inferior recibió un valor de cobertura que corresponde a un bosque denso con alto porcentaje de mulch (C=0,001). Para Bosque Montano Superior se escogió un valor de C=0,01 que representa arbolado con 75% a 90% de cubierta en contacto con el suelo, y 40% a 75% de cubierta de copas. A los pastizales de altura, se asignó un valor de C=0,003. Los valores dados a cada cobertura fueron tomados de MINTEGUI AGUIRRE Y LÓPEZ UNZÚ (1990: 134-135) mientras que a los cuerpos de agua se asignó el valor de C= 0,01 de acuerdo a VELÁSQUEZ MAZARIEGOS Y BRENES PÉREZ (2011: 17).

El modelo EUPSR fue aplicado para cada condición representada por los mapas de cobertura del área. Un escenario alternativo fue estimado considerando la aplicación de medidas de manejo conservacionista, aplicando un factor de prácticas agrícolas P=0,5 para las tierras agrícolas.

Las batimetrías del embalse Celestino Gelsi fueron obtenidas del Organismo Regulador de Seguridad de Presas (HUESPE ET AL.2009). En base a los datos provistos se determinó la producción específica de sedimento de la cuenca (SSY). Para convertir el dato de volumen de sedimento depositado en peso se consideró un peso específico de sedimento de 1,5 t m-3. La erosión bruta (EB) y la producción específica de sedimento fueron empleadas para determinar la tasa de entrega de sedimento de la cuenca (SDR).

 

 

 

RESULTADOS

Los mapas de los factores del modelo se muestran en la figura 2. El rango de la erosividad en la cuenca varía de 244 a 3.265 MJ mm ha-1 h-1 yr-1, su variación espacial sigue la tendencia de las isohietas anuales. Los valores de la erodabilidad del suelo se distribuyen de acuerdo a la configuración espacial de los materiales parentales. Los suelos derivados de sedimentos Cuaternario, arenas y limos, en la cuenca baja a media, tienen valores de erodabilidad más altos (0,06 y 0,05), seguidos de aquellos derivados de conglomerados y areniscas de edad terciaria (K = 0,04). El basamento metamórfico de muy bajo a bajo grado, granitoides y unidades sedimentarias cretácicas da origen a suelos con bajo valor de K (0,02). El factor topográfico varía entre 0 y 99 siendo los sectores montañosos los de mayor valor de LS (66-99) y los sectores del piedemonte, terrazas y planicies aluviales del Salí y tributarios caracterizados por valores intermedios a bajos (0-66).

Los valores del factor de cobertura (C) son: tierras agrícolas = 0,5; pastizales = 0,003, bosque montano superior = 0,01; bosque montano inferior = 0,001; bosque chaqueño serrano = 0,06 y los cuerpos de agua = 0,01.

 

Los resultados que se presentan en este trabajo corresponden a un área equivalente al 84% de la cuenca debido a que los mapas de erodabilidad y del factor de cobertura no cubren el área total de la cuenca. En el escenario que representa el año 2007 la erosión estimada varía entre 0 y 2.200 t ha-1 año-1, la zona baja de la cuenca y los valles de los tributarios del Salí son los sectores con mayor pérdida de suelo media anual. Alrededor de 400.000 ha estuvieron comprendidas en el rango de erosión nula a ligera mientras que unas 30.000 ha presentan riesgo moderado y 2.800 hectáreas muestran riesgo desde acusado a muy alto. En lo que respecta a la erosión por clase de cobertura, las tierras agrícolas muestran la mayor erosión media anual (15,1 t ha-1 año-1), luego el bosque chaqueño serrano tiene en promedio 4,1 t ha-1 año-1.

DETECCION DE CAMBIOS

  

En el escenario del año 1997 la pérdida de suelo varía de 0 a 3.500 t ha-1 año-1; unas 430.000 ha tienen bajo riesgo nulo a ligero, 17.000 bajo riesgo moderado y 1.130 ha tienen riesgo de acusado a muy alto. En la erosión por clase de cobertura las tierras agrícolas fueron dominantes con 11,9 t ha-1 año-1. Para el año 1988 la cuenca presentó un rango de erosión de 0 a 1.800 t ha-1 año-1; unas 420.000 ha estuvieron bajo riesgo nulo a ligero y en las tierras agrícolas predominaron la pérdida de suelo con un promedio de 20 t ha-1 año-1.

El rango de erosión media anual disminuye a 0-1.100 t ha-1 año-1 cuando se aplican medidas de manejo conservacionista, respecto del escenario sin manejo. De igual modo, disminuye la superficie de tierras bajo las clases de riesgo moderado, acusado, alto y muy alto, mientras que la clase de riesgo nulo o ligero aumento de superficie.

 

En la figura 4 se muestran las variaciones de la erosión bruta, la producción específica de sedimento y la tasa de entrega de sedimento estimadas para los años 1988, 1997 y 2007. La producción específica de sedimentos (SSY) estimada en base a la erosión bruta calculada bajo la aplicación de prácticas de manejo con un SDR = 0,2 dio como resultado un valor de 534,3 t km-2 año-1, 30% menos que el valor estimado para el escenario sin medidas de conservación.

 

 

 

 

 

 

 

Discusión y conclusiones

El modelo EUPSR fue aplicado en un sistema de información geográfico para estimar la pérdida de suelo anual en una cuenca semiárida del Noroeste Argentino. La ecuación, aplicada con adaptaciones, permitió superar la limitación en la disponibilidad de información, común en muchos países que carecen de recursos financieros para el monitoreo, investigación y modelado de la erosión (MILLWARD Y MERSEY.1999: 110). La distribución espacial de la erosividad, se explica por la distribución de las isohietas anuales que reflejan la influencia topográfica sobre las lluvias en la región (BIANCHI ET AL.2005: 22). El rango estimado fue semejante a los valores reportados para otras cuencas semiáridas del mundo (BARRIOS Y QUIÑONEZ.2000: 69, ONORI ET AL.2006: 1135, IRVEM ET AL.2007: 34, KOULI ET AL.2009: 490).

La distribución espacial de los valores de K responde a la distribución de los materiales parentales de los suelos. Los rangos de erodabilidad reportados para suelos de regiones semiáridas corroboran los valores de erodabilidad de la cuenca y se encuentran dentro de los valores de suelos de tipo franco limoso 0,03 a 0,05 t ha h ha-1 MJ-1 mm-1 (ANTEZANA.2001: 43) y suelos de texturas franco arenosas bajo uso agrícola 0,04 y 0,06 t ha h ha-1 MJ-1 mm-1 (ECHEVERRÍA ET AL.2006: 55).

Aunque los valores de LS varían en la literatura según la metodología aplicada, el rango obtenido para la cuenca de Tapia – Trancas es semejante al obtenido por RAMÍREZ (2010: 52) para la cuenca del río Juramento en la provincia de Salta (0 y 83, unos 100km al norte del área de estudio) con una variación altitudinal de 264 a 5.000 m, más amplia que la de Tapia - Trancas.

En cuanto a la variación espacial del factor C, los valores más bajos se corresponden con el bosque montano inferior y los pastizales que limitan los efectos del impacto de las gotas y del escurrimiento superficial. Los valores más altos de C corresponden al bosque montano superior, las tierras agrícolas y el bosque chaqueño serrano; estas coberturas debido a sus características, ofrecen una protección pobre del suelo frente a la erosión.

El rango de variación de la pérdida de suelo media anual de la cuenca supera el máximo reportado para cuencas semiáridas en la bibliografía consultada (BARRIOS Y QUIÑONEZ.2000: 70, ONORI ET AL.2006: 1138, IRVEM ET AL.2007: 35). Una crítica común al modelo aplicado es que, a escala de cuenca, sobreestima la pérdida de suelo. Ello se debería a que asume que la erosión es dominante en toda la superficie de la cuenca y no reconoce áreas de depositación de sedimento. Otra causa sería que la falta de información detallada y fiable para estimar los factores de la ecuación lleva a realizar generalizaciones que pueden enmascarar efectos locales. Por ejemplo, la estimación de R en base a la lluvia anual, asumir un valor de erodabilidad uniforme para un área extensa sin considerar posibles variaciones locales, considerar un valor único de C para toda la superficie de tierras agrícolas sin tener en cuenta variaciones inherentes a cada cultivo y sistema de manejo, o asumir el factor P igual a 1, lo cual implica el máximo potencial erosivo. Sin embargo, la utilidad de la EUPSR radica en que los valores relativos obtenidos son de interés para los administradores de tierras y los encargados de formular políticas (LU ET AL.2004: 500; KIM ET AL.2005: 882).

 

La distribución espacial de la pérdida de suelo resulta de la interacción de los factores de control en la superficie de la cuenca. Así por ejemplo, el incremento del factor LS con la altura es acompañado por el incremento del factor R debido al control topográfico de las precipitaciones. Sin embargo esta tendencia es contrarrestada por la disminución del factor K con la altura. A su vez, el mayor o menor efecto protector de la cobertura vegetal varía según se presenten o no varios estratos de vegetación arbórea, o un estrato herbáceo con restos de vegetales en descomposición en contacto con el suelo, o se presenten especies arbóreas de hoja caduca que interceptan un menor volumen de lluvia (caso del Bosque Montano Superior). Por su parte, en el sector bajo de la cuenca, donde se encuentran el Bosque Chaqueño Serrano y las tierras agrícolas, se da la concordancia de valores altos de los factores C y K, pero este efecto se ve disminuido por la baja erosividad y los bajos valores del factor topográfico. En dicho sector de la cuenca se ha reportado la presencia de suelos degradados con signos de erosión y pérdida de capas superficiales (Fernández.1979: 29).

Los escenarios pasados de erosión reflejan la influencia de los cambios de cobertura en la pérdida de suelo y la producción de sedimentos de la cuenca. Las variaciones de la erosión bruta entre 1988 y 1997 se deben al aumento en la superficie del Bosque Montano Inferior, que tienen un efecto protector del suelo. El aumento posterior se debe al incremento de la superficie dedicada a tierras agrícolas en áreas con alta erodabilidad.

La producción de sedimentos de una cuenca depende de factores como el clima, la geología, el suelo, la topografía, la vegetación y uso del suelo. Los sedimentos se originan en procesos naturales (erosión superficial, subsuperficial y erosión lateral de los cauces) y en las actividades humanas (agricultura) (KNIGHTON.1998: 87). Diferentes procesos controlan la producción de sedimentos según el tamaño de las áreas de drenaje. Así, en cuencas mayores de 20 Km2 predomina el almacenamiento de sedimentos y su producción proviene principalmente del movimiento de partículas almacenadas en los canales durante variaciones interanuales del caudal o por crecidas de gran magnitud pero baja frecuencia (Osterkamp y Toy.1997: 154). Dado que en el área de estudio el aumento del SSY está acoplado con una disminución de la erosión bruta, se descartaría la influencia del cambio en la cobertura sobre el aumento del SSY. La coincidencia de los picos de sedimentación con los años de mayor registro de caudal se explicaría por la ocurrencia de caudales con mayor capacidad erosiva y de acarreo siendo esta la principal causa de la pérdida de volumen útil y los problemas debidos al atarquinamiento del embalse.

 

La aplicación de prácticas conservacionistas (cultivos en contorno) resulta una alternativa para disminuir la erosión provocada por las actividades agrícolas como lo muestran los resultados del escenario 2007 con prácticas. El éxito de aplicar tales medidas depende de que se mantenga la tasa actual de entrega de sedimentos (SDR) en 0,2. Por ello, es necesario adoptar medidas dirigidas tanto al control de la erosión en áreas vulnerables como al control de la erosión en cárcavas (Tamene y Vlek.2007: 89) y controlar la expansión agrícola sobre las áreas más vulnerables de la cuenca.

 

En conclusión, el 20% del sedimento erodado llega al embalse en un período de 40 años. Las variaciones de la erosión bruta están reguladas por los cambios de la cobertura y la degradación específica por los procesos de erosión lateral durante crecidas excepcionales. Finalmente, resulta necesario: 1) la aplicación de medidas correctivas básicas para disminuir los impactos causados por factores potenciados antrópicamente (por ejemplo, sistematización de la cuenca); recuperación - conservación del área ocupada por el bosque chaqueño serrano; y seguimiento de los procesos de meteorización y erosión en cuencas piloto (por ejemplo: prácticas conservacionistas, estaciones de aforo y estaciones meteorológicas, entre otras).

 

 

Agradecimientos

Los resultados presentados forman parte de la tesis: Bustos, M. S. 2014 “Las causas naturales y antrópicas que afectan los ríos y embalses actuales: identificación, jerarquización y cuantificación. Cuenca Tapia – Trancas, Tucumán. Argentina, presentada en la Fac. Cs. Nat. e IML de la Universidad Nacional de Tucumán. Este trabajo fue financiado por CONICET.

 

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Control de la erosión en ambientes áridos

Publicado en Eventos Ieca Iberoamerica

17 de noviembre, 2016
12:00 - 1:00PM Central

Education Track: Erosion and Sediment Control
Nivel de audiencia: Todos los niveles
Price: $50 Miembros/ $65 No Miembros
Credit: 1 Professional Development Hour

Cuando se construye en ambientes áridos la erosión y sedimentación son a menudo pasados por alto. Énfasis en control de polvo y erosión eólica con erosión hídrica y escorrentía como última prioridad ocurre a menudo. En ambientes áridos cuando una tormenta ocurre los contratistas se encuentran sin mucho que hacer cuando reaccionan, mientras que los urbanizadores corren con los riesgos y enfrentan costos inesperados. Aprenda cómo estabilizar exitosamente suelos en áreas con menos de 250 mm de precipitación anual (en promedio), así como también cómo estabilizar vegetación en tales condiciones climáticas extremas.

Objetivos de aprendizaje:

  1. Comprender cómo se forman los ambientes áridos.
  2. Aprender cuándo utilizar vegetación y cuándo no utilizar vegetación para controlar la erosión en ambientes áridos.
  3. Aprender cómo establecer vegetación exitosamente en ambientes áridos.

si está interesado diríjase a  www.ieca.org   en educación, webinars:

 http://ieca.org/IECA/Education/Webinars/November_17/IECA/Education/Individual%20Webinar%20Pages/November_17_2016.aspx?hkey=85c1ead1-927a-4e86-8211-f57b21ed7bd6

 
 

 
 

Presented by Pablo A. Garcia-Chevesich, Ph.D.

Pablo A. Garcia-Chevesich is a forest engineer with a M.Sc. in Watershed Management and a Ph.D. in Agricultural and Biosystems Engineering (University of Arizona). Dr. Garcia-Chevesich is a researcher, professor, consultant, and expert witness in the field of watershed management, with a strong focus on hydrology, erosion/sediment processes and control, land restoration, and climate change mitigation from the natural resources management perspective. The author of “Erosion control and land restoration” and many other publications teaches courses in several US states, Europe, and South America. Originally from Chile, Dr. Garcia-Chevesich is constantly involved in research/development projects in several parts of the world. He is a Board Member of the International Erosion Control Association (Western Chapter) and the US Ambassador for the UNESCO's International Sediment Initiative.

 

 

EJE TEMATICO: PROCESOS BIOTICOS, URBANOS Y AGRARIOS

Francisco Javier García Martínez*; Caridad Ruiz Valero *; Chiara Pesciaroli**;

Jesús González-López**; Francisco Osorio Robles**; Valentín Contreras

Medrano***; Beatriz Fernández García***; Pedro María Herrero Alonso****

* Diputación de Granada. Calle Periodista Barrios Talavera.Granada.

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** Universidad de Granada..Calle Dr. Severo Ochoa, s/n, 18001 Granada.

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*** Bonterra Ibérica. PI Juncaril, c/ Bubion nave 30, 18210 Peligros Granada.

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Valentín Contreras Medrano, Telf.: +34 615934330.

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Beatriz Fernández García***: Telf.: +34 672717357.

**** Paisajes del Sur. c/ Bubion nave 30, 18210 Peligros Granada.

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PRESENTACION

La acumulación de nitratos en las aguas superficiales es una de las causas de eutrofización (Carpenter et al. 1998), y constituye un problema ambiental y sanitario creciente en todo el mundo. Este problema es atribuido principalmente a las inadecuadas prácticas agrícolas y ganaderas, entre las que se encuentran la aplicación excesiva o inadecuada de fertilizantes nitrogenados orgánicos o minerales. La naturaleza difusa de este tipo de contaminación hace que sea un problema difícil de solucionar.

 

 

Una solución al problema es la introducción de sistemas de fibras vegetales (riparian buffers), que rompiendo las líneas de escorrentía del agua, actúan de filtro, reteniendo un alto porcentaje de nitratos y buena parte de los sólidos arrastrados, minimizando los procesos erosivos. Según Yuan et al. (2009), en los últimos años ha ido creciendo la importancia de los sistemas de barreras de vegetación como zona de amortiguación entre las áreas agrícolas y las masas de agua. En otras experiencias en las que se utilizaban biorrolllos se alcanzó la eliminación del 50% de los nutrientes del agua de escorrentía (Blanco-Canqui et al 2006).

 

 

 

OBJETIVOS DEL TRABAJO

 

El objetivo principal del proyecto ha sido desarrollar y demostrar un método sostenible para la reducción de los niveles de nitrógeno en el agua de escorrentía de tierras agrícolas en zonas de clima mediterráneo, evitando la contaminación por nitratos de las masas de agua superficial.

Las metas específicas definidas inicialmente son las siguientes:

- Reducir la contaminación de nutrientes en las aguas superficiales: 70% nitratos, 50% Ntotal, 50% DBO5, 70%

  SS, 50% DQO, 30% Ptotal.

- Reducir el uso de fertilizantes por parte de los agricultores, un 10% el primer año y un 30% al final del proyecto.

- Conseguir reducir la erosión del suelo en un 80%.

- Obtener un incremento de la biomasa de unas 5 tm/año y ha, tratada.

- Conseguir la sensibilización de los agricultores de acuerdo a los principios de Custodia del territorio.

- Publicar materiales de comunicación y divulgación que permitan la transferencia del proyecto a otros      territorios.

 

MARCO TEORICO

 

El proyecto EUTROMED aporta soluciones a este problema ambiental combinando actuaciones preventivas con actuaciones correctoras. Ha demostrado la efectividad de una tecnología que retiene una parte importante de los nutrientes arrastrados en las aguas de escorrentía, evitando que estos alcancen las aguas superficiales y, por tanto, reduciendo el riesgo de contaminación.

 

El área de actuación ha consistido en una microcuenca de unas 276 hectáreas vertiente al arroyo Juncarón, que a su vez vierte sus aguas a la Vega de Granada, una zona declarada como vulnerable a la contaminación por nitratos de origen agrario. Se trata de una zona dedicada al cultivo del olivar en laderas con pendientes superiores al 10%, suelos pobres, sin cubierta vegetal, con riego deficitario, en zonas con clima mediterráneo, lo que favorece los procesos erosivos y la formación de cárcavas.

 

La aplicación excesiva e inadecuada de fertilizantes nitrogenados, provoca el arrastre de nutrientes disueltos en el agua de escorrentía a través de las cárcavas hasta las masas de agua superficial.

 

 

ANTECEDENTES

 

La Directiva 91/676/CEE del Consejo relativa a la protección de las aguas contra la contaminación producida por nitratos utilizados en la agricultura, tiene como objetivos generales reducir la contaminación causada o provocada por los nitratos de origen agrario, a elaborar códigos de buenas prácticas agrarias dirigidas a los agricultores, así como a establecer programas de acción para las zonas declaradas vulnerables y programas de control para evaluar la eficacia de los anteriores.

  

 

 

ASPECTOS METODOLOGICOS

- Actividades de fomento de la receptividad local y firma de acuerdos voluntarios.

Inicialmente se celebraron una serie de sesiones informativas con los agricultores de la zona para presentar el proyecto, fomentar su interés y conseguir su participación.

 

El resultado de estas sesiones fue la definición exacta de la zona de actuación (en base a los agricultores adheridos) y la firma de Acuerdos Voluntarios entre los propietarios de las parcelas y los socios del proyecto

EUTROMED para la implantación de la tecnología en las parcelas agrarias y el desarrollo de varias acciones preventivas.

 

 

- Definición, producción e instalación de la tecnología en la zona de actuación.

          

Posteriormente, en la subcuenca del Juncarón, se realizó el tratamiento de 61 cárcavas con filtros vegetales, nos sistemas que consisten en biorrollos, mantas orgánicas y plantas nitrófilas. Los biorrollos y las mantas están fabricados a base de fibras vegetales (esparto y paja). Los primeros se colocan perpendicularmente a las líneas de escorrentía del agua en la ladera y las mantas se sitúan sobre el lecho de la cárcava (sin cobertura vegetal). Cada cierta distancia seinstalan gaviones flexibles de piedra que ayudan a la sujección de losJornada informativa a los agricultores en la cooperativa San Isidro de Deifontes. biorrollos y las mantas, evitando ser arrastrados por el agua. En el trasdós de los biorrollos se han introducido ejemplares de plantas nitrófilas adaptadas a las condiciones de la zona, tales como Santolina chamecyparisus, Rosmarinum officinalis, Lavandula latifolia, Thymus mastichina y Thymus zyggis.

 

 

 

En función de la pendiente y la profundidad de la cárcava, se diseñaron 4 modelos de filtros vegetales que se representan en el esquema.

Ejemplo de sistemas instalados de acuerdo al Modelo 4.

 

Entre los modelos 1, 2 y 3 varía el diámetro y la longitud del biorrollo, la intensidad de colocación, la instalación o no de mantas y la frecuencia de gaviones flexibles. El modelo 4 es diferente y fue diseñado para dar solución a las cárcavas más profundas y encajonadas en el terreno sin posibilidad de ser rellenada con material del entorno.

 

 

- Medición y seguimiento de la eficacia del sistema.

 

Para comprobar la eficacia del sistema como filtro de nutrientes, se instalaron unos sistemas de retención y almacenamiento de agua de escorrentía en varias parcelas, tal y como se muestra en la imagen.

 

Cada parcela constaba de una cárcava tratada con filtros vegetales y una cárcava sin tratar, que actuaba como control. Se ha analizado la composición del agua de escorrentía recogida en 10 tandas de muestreo. Los depósitos eran vaciados tras la recogida de muestras, para ver la evolución del comportamiento de los biorrollos en el tiempo, tras cada episodio de lluvia. Asimismo, se han recogido muestras de suelo para su estudio pormenorizado.

 

Paralelamente, se ha realizado un seguimiento de la evolución de la biomasa en la parcela y de la erosión del suelo, para evaluar las diferencias entre las cárcavas tratadas y las de control. Para ello se han clavado picas de acero de señalización de las parcelas aleatoriamente situadas, con una marca fluorescente que permita medir la variación del nivel de suelo.

 

- Asesoramiento, sensibilización y formación de los agricultores.

Paralelamente, se ha trabajado a nivel preventivo a través de varias acciones:

 

Asesoramiento individual a los agricultores firmantes de los acuerdos voluntarios para el uso de una aplicación informática que promueve la optimización de la fertirrigación de su cultivo, evitando así el abonado excesivo y otras malas prácticas en la fertilización. Consejos y técnicas para el fomento y manejo de la cubierta vegetal, la conservación de los biorrollos y el control de la erosión del suelo, han completado el contenido de las sesiones de asesoramiento.

 Seminarios formativos dirigidos a los agricultores sobre temáticas relacionados con el cultivo del olivar: suelo, agua, fertilización nitrogenada y control de la erosión.

 

- Edición de material divulgativo y acciones de comunicación.

 

Las acciones de comunicación y divulgación han acompañado en todo momento al desarrollo del proyecto. La página Web ha sido el elemento central en el que se han ido mostrando los avances del proyecto y se han colgado todos los materiales divulgativos editados en el marco del proyecto: boletines científico- técnicos trimestrales, memorias divulgativas, folletos, dossier, guías prácticas, guía de formación, etc. Se han celebrado jornadas divulgativas dirigidas al público en general y se ha presentado el proyecto en numerosos y variados Congresos y seminarios, nacionales e internacionales, de temáticas afines al proyecto.

 

 

 

Resultados

 

- Implicación de los agricultores, reducción en la aplicación de fertilizantes y aplicación de buenas prácticas.

Un total de 69 agricultores se han implicado en el proyecto EUTROMED a través de la firma de los acuerdos voluntarios. El 42% de estos agricultores han firmado el acuerdo completo, el cual incluye, además de todas las medidas preventivas, la implantación de la tecnología en sus explotaciones. Todas ellas se sitúan en la subcuenca vertiente al Arroyo Juncarón, que abarca un área de unas 276 hectáreas.

El otro 58 % de los firmantes ha participado en el proyecto a través del desarrollo de medidas preventivas tales como la puesta en marcha de buenas prácticas agrarias, el uso de la aplicación informática y la participación en actividades formativas. Este segundo grupo es propietario de casi 600 ha sobre las que se han aplicado las medidas preventivas.

 

De las herramientas existentes en el mercado para la optimización de la fertirrigación, se seleccionó Orcelis Fitocontrol, y posteriormente fue adaptada a las características particulares del tipo de cultivo objeto del proyecto. Más del 90 % de los agricultores implicados han aplicado las recomendaciones aportadas por esta aplicación para la fertilización del olivar, lo cual ha supuesto la reducción de la cantidad de abonos nitrogenados en un 32 %. En la siguiente tabla se muestra el resumen de la fertilización nitrogenada producida por hectárea en las diferentes campañas sucedidas durante la ejecución del proyecto.

 

 

- Efectividad de los filtros vegetales en la prevención de la contaminación por nitratos de las aguas superficiales.

Las actuaciones de medición y seguimiento han permitido demostrar la eficacia de los biorrollos en la retención de nutrientes disueltos en el agua de escorrentía, en el freno a la pérdida de suelo fértil y en el aumento de la producción de biomasa. Según los datos derivados del análisis del agua de escorrentía de la zona de actuación, los filtros vegetales instalados actúan como barreras biofiltrantes reduciendo alrededor del 60 % de los nitratos, el 50% de los fosfatos, el 20% del carbono orgánico y casi el 50% de la DBO5 y DQO de las aguas de escorrentía que los atraviesan, reteniendo estos nutrientes y evitando la contaminación de las aguas superficiales receptoras.

 

 

 

Un dato muy interesante ha sido la disminución en la concentración de nitratos que se ha observado en el arroyo Juncarón, al que vierten las aguas de escorrentía de las dos laderas tratadas.

 

 

Los análisis de suelo realizados incluyeron el estudio textural y la cuantificación de las concentraciones de fósforo asimilable, materia orgánica oxidable, nitrógeno total, pH y potasio asimilable. De los resultados obtenidos resalta la inexistencia de diferencias destacables entre las parcelas tratadas y control, lo cual indica que la presencia de biorrollos no modifica ni afecta de ninguna manera a la riqueza mineral y la estructura de los suelos. Resulta evidente que en las zonas tratadas se está desarrollando una cubierta edáfica de características estables y las ligeras modificaciones observadas en algunas de ellas no suponen ninguna alteración negativa del hábitat. De forma paralela se ha estudiado la actividad desnitrificante del suelo. Se ha deducido que tanto en parcelas tratadas como en el control existe una elevada actividad biológica que produce una alta capacidad de desnitrificación. Igualmente, no parece que la instalación de los sistemas modifique de forma significativa la actividad biológica.

 

 

- Reducción de la pérdida de suelo fértil.

El seguimiento de la erosión del suelo ha sido complicado y no todas las picas han aportado información. De los datos obtenidos se deduce que la pérdida de suelo sobre las parcelas control está en 33,3 cm3/m2, mientras que la ganancia de suelo sobre las parcelas tratadas da una media de 458,3 cm3/m2, lo que supone una eficiencia sobre las pérdidas medias de la testigo del 1.475 %. Si se consideran únicamente las lecturas de las picas de mayor fiabilidad, el porcentaje baja hasta el 150% de reducción de la pérdida de suelo en las parcelas tratadas respecto a las de control, un valor que sigue siendo muy significativo.

 

- Incremento de la producción de biomasa.

La producción de biomasa vegetal espontánea ha presentado diferencias importantes entre un año y otro, que han coincidido con la sucesión de un año lluvioso y otro seco. Según se observa en la tabla, la suma de la biomasa generada más la introducida con los biorrollos a lo largo del proyecto ha llegado casi a las 5 toneladas por hectárea que se habían marcado como objetivo, lo que progresivamente incidirá en una reducción de contaminantes y de sedimentos que puedan ir a los cauces.

 

 

APORTES DE LA INVESTIGACION A LA TOMA DE DECISIONES

De los resultados obtenidos después de dos años y medio de instalación de los sistemas de filtros vegetales, parecen sugerir que:

·         Retienen una buena parte de los nutrientes arrastrados en las aguas de escorrentía, reduciendo por tanto la contaminación de las aguas superficiales.

·         En concreto, los análisis de los contaminantes presentes en las aguas de escorrentía y en particular el nitrato, muestran cómo la presencia de los biorrollos determina una retención de las concentraciones de este compuesto si se comparan las cárcavas tratadas con el control. En algunos casos esta disminución en nitrato por escorrentía puede llegar hasta un 70%.

·         Las medidas correctoras no provocan cambios significativos en la fertilidad de los suelos y en sus características físico-químicas, observándose un elevado índice de semejanza entre suelos tratados y suelos control.

·         Por otro lado, el estudio de la actividad microbiana del suelo muestra una elevada capacidad desnitrificante en la zona de actuación en general. Los filtros no actúan modificando la actividad biológica sino más bien reteniendo los nutrientes contaminantes presentes en el agua. Aun así, su instalación podría ayudar en el proceso de asimilación de los nitratos por parte de las plantas evitando su pérdida mediante desnitrificación.

·         Los sistemas ensayados presentan hasta un 150% de reducción de la pérdida de suelo en las parcelas tratadas respecto a las control, lo que induce a una reducción efectiva de la escorrentía, una mayor infiltración y consecuentemente un menor riesgo de inundación de las cuencas en las que se utilicen los modelos de EUTROMED

·         Incremento en la producción de biomasa vegetal espontánea en entorno a 5 Tm/ Ha, lo que progresivamente incidirá en una reducción de contaminantes y de sedimentos que puedan ir a los cauces.

·         Generación de beneficios económicos y sociales tal como menor gasto en la aplicación de fertilizantes, puesta en valor de productos procedentes de fibras locales con la fabricación de biorrollos y mantas orgánicas, mejora de la sensibilización de los agricultores entorno a los problemas ambientales con establecimiento de nuevas prácticas agrarias de conservación, y fomento del empleo.

 

Por lo tanto, se puede concluir que los filtros vegetales producen una reducción significativa de la contaminación ambiental por nitrato de origen agrario sin comprometer las características principales de los suelos que se someten a tratamiento.

 

APORTES DE LA INVESTIGACIÓN A LOS TEMAS DE LA REGIÓN

 

Beneficios e impactos a largo plazo.

- Ambientales

Prevención de la contaminación por nitratos. Los análisis realizados a lo largo del proyecto han demostrado que los sistemas instalados retienen una buena parte de los nutrientes disueltos en el agua de escorrentía, de manera que el arrastre de nutrientes hasta las masas de agua superficial es mucho menor, llegando hasta el 70 % menos en el caso de los nitratos. La extensión de esta tecnología a lo largo del territorio, junto con la aplicación de buenas prácticas en la fertilización nitrogenada, tendría un impacto positivo y tangible en la mejora de la calidad de las aguas superficiales.

 

 

Control de la pérdida de suelo fértil. Los biorrollos, mantas y empalizadas actúan también como freno a la pérdida de suelo fértil. Las cárcavas formadas en suelos sin cubierta vegetal de zonas semiáridas suelen evolucionar hacia cárcavas más profundas si no se aplica ninguna medida. Los biorrollos y los pequeños diques que forman las empalizadas van reteniendo las partículas de suelo arrastradas, moldeando las cárcavas hacia formas aterrazadas, disminuyendo su profundidad por la retención de suelo y minimizando el poder erosivo del agua.

 

 

 

Fomento del desarrollo de la cubierta vegetal.

 

 

En estos territorios tan áridos, las semillas y raíces encuentran en biorrollos y mantas un soporte y un substrato adecuado para facilitar su desarrollo. Se fijan entre sus intersticios, lo que les permite su crecimiento en suelos pobres y con graves problemas de erosión. El desarrollo de esta vegetación protege al suelo del impacto de las gotas de lluvia, limitando su poder erosivo y favoreciendo su infiltración en el suelo; su desarrollo radicular ayuda en la retención de partículas de suelo, en la mejora de su estructura y en el aumento del contenido en materia orgánica. En definitiva, los biorrollos y las mantas facilitan la implantación inicial de vegetación para fomentar el desarrollo de la cubierta vegetal en ámbitos tan áridos como los que nos encontramos. Posteriormente, el adecuado manejo de la misma es el que asegura su mantenimiento en condiciones de no competencia para el cultivo.

 

Disminución de riesgos de inundaciones. Derivado de todo lo anterior, las cuencas tratadas con los modelos EUTROMED, al controlarse la erosión y promover la implantación vegetal, se disminuyen las escorrentías superficiales y se aumentan sus capacidades de infiltración del agua hacia el subsuelo con lo que se disminuyen los riesgos de inundación por tormentas y aguaceros.

 

 

- Económicos.

Menor gasto en la aplicación de fertilizantes. La aplicación de las recomendaciones dadas por la aplicación informática ha supuesto la reducción en más de un 30% de las cantidades de abonos nitrogenados aplicados al cultivo. La aplicación de una menor cantidad supone también un menor gasto económico y no por ello se obtiene menor rendimiento del cultivo, puesto que se ha demostrado que buena parte del exceso de nitratos aplicados se pierde disuelto en el agua de escorrentía sin que pueda ser aprovechado por la planta.

 

Puesta en valor de productos locales. Los biorrollos y las mantas están fabricados a partir de fibras vegetales de esparto o paja principalmente. Se trata de recursos locales, con potencial de desarrollo en el territorio, que pueden ser aprovechados y puestos en valor para la fabricación de estos sistemas. Los biorrollos van asociados a la instalación de gaviones de piedra y plantas autóctonas con buena capacidad de fijación de nutrientes. Todo ello genera negocio a nivel local ligado al desarrollo sostenible y a la restauración y conservación del entorno natural.

 

- Sociales

 

Implicación de los agricultores. La metodología de trabajo desarrollada en la implementación del proyecto ha favorecido la implicación de los agricultores. El proyecto se ha presentado como algo voluntario, no obligatorio, al que los agricultores podían adherirse libremente. En todo momento se ha informado de las fases del proyecto, de los problemas ambientales sobre los que se está actuando, sus soluciones, los compromisos adquiridos por las partes, sus beneficios, etc. Por un lado, se ha prestado asesoramiento individualizado, tratando de manera personalizada los problemas particulares de cada explotación y sus necesidades y, por otro lado, se han organizado seminarios y jornadas conjuntas que invitan al debate, al intercambio de experiencias y a la aclaración de dudas por parte de expertos en la materia. Todo ello ha contribuido a crear interés entre los agricultores, lo que ha favorecido su implicación.

 

Creación de empleo.

 

 

 

La extensión espacial y temporal de esta tecnología y las buenas prácticas agrícolas relacionadas, lleva asociada la creación de empleo basada principalmente en la producción, fabricación, instalación y mantenimiento de los biorrollos. La materia prima de la tecnología está basada en productos vegetales y geológicos locales cuyo aprovechamiento favorece el desarrollo sostenible de las zonas rurales. Posteriormente, la fabricación, transporte, instalación y mantenimiento de las estructuras necesita de mucha mano de obra. En el marco del proyecto EUTROMED, que ha supuesto el tratamiento de un área de 276 hectáreas, se ha generado 25131 horas de empleo directo en 40 meses de proyecto. La ampliación de esta alternativa a otros territorios incrementaría proporcionalmente estas cifras. Por otro lado, las acciones de asesoramiento, formación y divulgación también han supuesto la creación de empleo cualificado.

 

Mejora de la sensibilización de los agricultores. Las temáticas desarrolladas en los seminarios formativos, la visita a otras experiencias similares en otras explotaciones, la respuesta a los problemas graves que preocupan a los agricultores en sus parcelas, el asesoramiento individualizado, la incidencia en la necesidad de aplicar buenas prácticas agrícolas, etc., han permitido que todos los mensajes hayan ido calando en los agricultores. El proyecto EUTROMED ha trabajado con los agricultores en todo momento porque entiende que el éxito ambiental de todo el proyecto pasa por un cambio en las prácticas y en el hacer de los agricultores, de manera que el proyecto no acabe con su fecha de fin, sino que se mantenga en el tiempo y suponga el germen de la adopción de nuevas prácticas agrícolas compatibles con la conservación del suelo y con la prevención de la contaminación por nitratos.

 

 

 

BIBLIOGRAFÍA

Carpenter, S. et al. (1998) Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen. Issues in Ecology 3, Ecological Society of America.

Yuan et al. (2009) A Review of effectiveness of vegetative buffers on sediment trapping in agricultural areas. Ecohydrol. 2, 321–336.

 

Blanco-Canqui H, Gantzer, CJ and Anderson SH (2006) Performance of Grass

Fundamentos para recurperar el suelo

Publicado en Noticias

Cinco Fundamentos Para Recuperación de la tierra de Manera Exitosa

Dr. Michael D. Robeson, PE, CPESC, CPSWQ, CESSWI

Gerente de Desarrollo Técnico Profile Products

 

Resumen de las Cinco Fundamentos

·         Entienda su sustrato

·         Selección de las plantas

·         Seleccione el material adecuado para controlar la erosión

·         Garantice una instalación apropiada

·         Realice la inspección y actividades de mantenimiento

Un Historia de caso éxito

 

¿CUÁL ES LA FORMA MÁS ECONÓMICA PARA CONTROLAR LA EROSIÓN?

¡Vegetación sostenible!

 

FUNDAMENTO # 1: ¡COMIENCE CON UN ANÁLISIS DE SUELO!

      Analice la fertilidad del suelo

      Provea una base para modificaciones y recomendaciones

      Ayude a garantizar la selección adecuada de especies vegetales

      Pronostique la probabilidad de un resultado deseado – un crecimiento vegetativo más rápido y sostenido

 

MODIFICACIONES AGRONÓMICAS

Fertilizantes

  • Liberación rápida o controlada de fórmulas sintéticas
  • Liberación más lenta de fórmulas orgánicas/naturales

Neutralizantes de suelo

  • PH del sustrato alto o bajo
  • Lima, azufre o acidulantes

Materia orgánica

  • Abono, fertilizante, turba o fibras naturales como la madera o la paja
  • Suelos bióticos

 

Estimuladores y potenciadores de crecimiento

§  Obtener una germinación y asentamiento más rápidos

§  Vitalidad de la planta sostenible a largo plazo

 

Los ingredientes típicos incluyen:

§  Cerámicas porosas

§  Ácidos húmicos y fúlvicos

§  Culturas microbianas o bacterianas

§  Endomicorrizas

§  Extractos de algas/citoquininas

 

 

 

FUNDAMENTO # 2 – SELECCIÓN DE LA PLANTA

§  ¿Dónde se localiza el proyecto?

§  ¿Características del suelo?

§  ¿Vegetación temporal o permanente?

§  ¿Cuándo se realizará la instalación? ¿En cuál estación?

§  Materiales deseados para las plantas

§  Naturales, implantados, tolerantes a la sequía, gusto al paladar, de estación cálida o fría, legumbres, flores silvestres, arbustos, árboles, etc.

  • ¿Cuál es la aplicación requerida?
  • Pendiente, canal, fluvial, costa, dique, sistema de cubierta, etc.
  • Características del lugar, por ejemplo, elevación, topografía, aspecto, condiciones climáticas
  • Actividades de mantenimiento, ¿irrigación, siega, modificaciones complementarias o pastoreo?

 

FUNDAMENTO # 3: – SELECCIÓN DEL CONTROL DE LA EROSIÓN

 

Establecimiento de vegetación requiere equilibrio de:

Variables Naturales y Atributos Del Producto para crear el mejor ambiente para el crecimiento y establecimiento

 

SELECCIÓN DEL CONTROL DE LA EROSIÓN – TALUDES

Ecuación universal de pérdida de suelos revisada (The Revised Universal Soil Loss Equation, RUSLE)

A = R x K x LS x C x P

Donde:

A = pérdida de suelo calculada/unidad de área/unidad de tiempo

R = factor de precipitación

K = factor de erodabilidad del suelo

L = factor de longitud de la pendiente

S = factor de inclinación

C = factor de cubierta, de una prueba de productos

P = factor de práctica de control de la erosión

 

FUNDAMENTO # 4: INSTALACIÓN APROPIADA

Especificaciones de construcción detalladas y generales con esquemas/dibujos

Lineamientos de la instalación completa

Herramientas o calculadoras para facilitar la mezcla de proporciones y/o tasas de aplicación

Experiencia... ¡Preferiblemente la experiencia específica del lugar!

 

 

 

 

 

 

 

FUNDAMENTO # 5 – INSPECCIÓN Y MANTENIMIENTO

      Inspección realizada por profesionales calificados

      Inspecciones iniciales para garantizar que las instalaciones se realizan de acuerdo con los esquemas/especificaciones, cantidades de material y actividades completamente documentadas

 

      Inspecciones subsiguientes conducidas en intervalos de tiempo predeterminados y actividades de mantenimiento conducidas después de cada precipitación significativa u otro evento climático con daños potenciales

 

Paso a paso:

entienda su sustrato

Seleccione las plantas

Seleccione el material apropiado para controlar la erosión

Realice instalación apropiada

Realice inspecciones y haga actividades de mantenimiento.

 

Un caso exitoso

antes:

Situación , Condiciones del suelo, Análisis.

Aplicación de cuestionario para elegir la mejor semilla: necesidad de plantas permanentes o temporales, objetivo de la siembra, clima y otros factores en el momento de la siembra,  uso del suelo previo, tratamiento, ph, problemas o aspectos del suelo que se deban considerar, características del mantenimiento del suelo , características de la siembra a considerar, tanto de las plantas como del suelo.

 

Busque el producto apropiado, acorde con las necesidades del suelo y las características de los productos

 

 

Autor: Virginia Alvarado García

Vicerrectoría de Investigación, Universidad Estatal a Distancia

San José, Costa Rica Tel.  506-8811-4492

I. Presentación

Debido a la amenaza que conlleva la pérdida de suelo, se han establecido nuevas tecnologías para mitigar los efectos de la erosión y mejorar la calidad ambiental de los ecosistemas; para lo cual se han utilizado plantas como estructuras de sostén y refuerzo en los terrenos (Laporte y Porras, 2002: 2). El establecimiento de coberturas vegetales constituye una práctica fácil y positiva a la salud del suelo, no solo por su baja inversión, sino por ser una alternativa eficiente en la conservación de éste (Zwart et al. 2005: 18).

Costa Rica no cuenta con criterios técnicos sólidos que demuestren que una especie vegetal realmente protege y refuerza el suelo de forma adecuada. La información existente en cuanto a la biología y ecología de las especies vegetales es incompleta, dispersa o inaccesible (Porras, 2000: 14); sin embargo, ya se perfilan algunos esfuerzos por documentar estas carencias Sancho y Cervantes, 1997: 114, Laporte y Porras, 2002: 14, Zwart et al. 2005: 19), y sobre todo en las ciudades (Alvarado et al. 2013: 3).

El común denominador de los ríos urbanos del país se centra en problemas de inestabilidad de taludes, erosión, compactación del suelo, deforestación e invasión de la zona de protección; por lo que surge la necesidad de abordar estas temáticas de forma integral y con alternativas más sustentables. Con esta investigación se pretende no solo estudiar qué plantas funcionan como factor de control; sino proponer y recomendar especies que representen un valor agregado al ecosistema y den soporte a la foresta urbana.

 

II. Objetivos

Determinar el potencial de especies vegetales nativas para el control de la erosión en taludes de la microcuenca urbana del río Torres; así como su función en la retención de sedimentos y su potencial ecológico en ecosistemas degradados.

Objetivos específicos

 Cuantificar la retención de sedimentos en especies herbáceas y arbustivas, mediante el uso de parcelas de erosión modificadas.

 Evaluar el porcentaje de sobrevivencia de las especies vegetales sembradas

 Recomendar especies vegetales nativas con mayor potencial de uso para los procesos de erosión y restauración ecológica.

III. Marco teórico

Las principales variables que intervienen en los procesos erosivos son la vegetación, el clima, la topografía, el tipo y uso del suelo. De ellas, la falta de cobertura vegetal es una de las causas más influyentes en los problemas de degradación de los terrenos (Suarez, 2001: 253).

La vegetación incrementa la protección del suelo, frena la escorrentía y facilita la infiltración. Los componentes radiculares contribuyen a aumentar la resistencia mecánica del suelo, y la presencia de materia orgánica, ofrece estabilidad, rugosidad y porosidad, lo que supone un aumento en la capacidad de infiltración (Bochet y García, 2004: 170).

El establecimiento de una capa protectora compuesta por especies nativas, que desarrollen una comunidad sucesora uniforme, es básico para la rehabilitación de áreas degradadas (Rondón y Vidal 2005: 67). Es fundamental el uso de plantas autóctonas ya que están bien adaptadas al medio, son atractivas (follaje y flor), desarrollan un sistema de raíces extensivo, son excelentes para la vida silvestre propia del lugar y no requieren mucho mantenimiento (Alvarado et al. 2013: 51).

Según Morgan (2005: 60), la efectividad de la vegetación para disminuir la erosión depende directamente de la altura, continuidad y densidad de las especies vegetales; sin embargo, también depende de las características del lugar y de las especies a utilizar (Alvarado et al. 2013: 50).

En suelos con predominancia de arenas, es preferible el uso de herbáceas de macolla; mientras que en suelos arcillosos, especies rizomatosas. Una vez establecida la vegetación del terreno, de debe introducir una variedad de especies leñosas con tasa diferente de crecimiento y tamaño (Rondón y Vidal 2005: 68), para formar estratos y mejorar su funcionalidad.

La sobrevivencia y el crecimiento de las especies vegetales es impredecible, ambas están relacionados con las variables fisicoquímicas del suelo, la calidad del material de plantación, las técnicas de siembra, las condiciones de deterioro del sitio y la ausencia o exceso de precipitaciones que enfrentan las plantas durante el proceso de estabilización y adaptación. El estrés es determinante, puesto que hay especies capaces de soportar condiciones adversas, pero tienen tasas de crecimiento más bajas; por el contrario, especies competitivas consiguen mayor productividad en condiciones favorables (Villar, 2011: 196).

Desde el punto de vista práctico, ético y económico, estas alternativas son más sustentables y van en armonía con el ambiente; sin embargo, se deben considerar las mejores especies que logren adaptarse, colonizar y ser exitosas para las condiciones que se tengan.

IV. Antecedentes o estado de la investigación

En Costa Rica hasta hace poco más de dos décadas, se ha trabajado en proyectos que involucren el componente ambiental dentro de las ciudades. Estos se han enfocado en el mejoramiento de la calidad del ecosistema urbano mediante proyectos de foresta urbana (Conejero y Sallent, 2011: 10). El más reciente fue la reforestación del Parque Metropolitano La Sabana con especies endémicas, para poder convertirlo poco a poco en un bosque tropical urbano (Mendoza, 2012: 1).

Otra iniciativa ha sido el establecimiento de corredores fluviales verdes interurbanos en las provincias de San José (Feoli, 2013: 54) y Heredia (Romero et al. 2011: 44), los cuales permiten un aumento en la cobertura vegetal y la biodiversidad a través de una trama verde continua (Feoli, 2013: 53). A pesar de ello, no se ha considerado la revegetación, como una estrategia de restauración ecológica y conectividad de la red natural urbana.

Un primer acercamiento se realizó en el 2011, en donde se enlistaron más de 50 especies nativas con potencial para el control de la erosión para ríos urbanos y además, se evaluó la retención de sedimentos mediante el uso de tres especies vegetales. Se demostró que las plantas nativas son más eficientes que las exóticas y además, poseen un valor ecológico agregado (Alvarado et al. 2013: 52).

V. Aspectos metodológicos

1. Área de estudio

El estudio se realizó en el Valle Central, la región más densamente poblada del país, caracterizada por un clima tropical de altura, entre Bosque muy Húmedo Montano Bajo, Bosque muy Húmedo Premontano y Bosque Húmedo Premontano (Holdridge 1967: 2). La microcuenca del río Torres nace en Rancho Redondo y desemboca en la subcuenca del río Virilla, sector de la Carpio. La altitud máxima alcanza los 2040 ms.n.m. y la mínima los 900 ms.n.m; mientras que la precipitación oscila entre los 3000 mm a 2000 mm anuales.

Se trabajó en tres zonas representativas del río: a) parte alta - Liceo de Mata de Plátano (9.955862° N -84.018402° O), b) parte media - Parque Los Conejos (9.944474° N -84.113457° O), y c) parte baja - Planta Electriona (9.969228° N -84.177598° O) (Fig. 1).

 

2. Selección de especies vegetales

Se identificaron todas las especies vegetales cercanas al río y se seleccionaron seis plantas que cumplen con diversos criterios como: especie nativa, hábito herbáceo/arbustivo, sistema radicular profundo y fasciculado, densa cobertura (follaje), tolerancia a condiciones desfavorables, rápida propagación y reproducción asexual.

Las especies fueron: Lasianthaea fruticosa (L.) K.M. Becker (margarita de monte), Hamelia patens Jacq. coralillo), Cestrum nocturnum L. (zorrillo), Dahlia imperialis Roezl ex Ortgies (catalina), Tradescantia zanonia (L.) Sw. (canutillo) y Heliconia tortuosa Griggs (platanilla).

  

 

3. Establecimiento de parcelas y siembra    

En cada zona representativa y en laderas con pendiente entre 40 y 50°, se instalaron ocho parcelas rectangulares de 4 x 2 m delimitadas con fibras de geotextil sin tejer (GT160 de 200 gr/m2) insertadas en el suelo unos 10 cm y a una altura de 30 cm sobre el suelo, a fin de evitar pérdidas de sedimentos. En la base de cada parcela se colocó una trampa de sedimentos con un geotextil tejido de alto módulo tipo Silt fence MacTex W2 40.

Para la siembra, se utilizó un sistema de plantación triangular o tresbolillo, en el cual las plantas se colocan a distancias iguales formando triángulos. En el caso de los arbustos, se enterraron estacas a una profundidad mínima de 20 cm, dejando 30 cm por encima del suelo; en el caso de las herbáceas se plantaron macollas o brotes originados en la base de las planta madre con medidas similares a las estacas de los arbustos.

Se establecieron ocho tratamientos (Cuadro 1); en cada tratamiento vegetal se sembraron 14 plantas separadas entre sí 80 cm. La siembra se realizó en el mes de mayo de 2015, en la transición de época seca a época lluviosa.

 

 

 

 

4. Análisis de suelo y precipitación

Se recolectaron muestras de suelo en cada sitio, a una profundidad de 20 cm para el análisis de textura, densidad aparente, densidad de partículas, conductividad hidráulica, porosidad, pH, acidez, materia orgánica, capacidad de intercambio catiónico (CICE), macro y micronutrientes. El análisis se llevó a cabo en el Centro de Investigaciones Agronómicas de la Universidad de Costa Rica (CIA-UCR). Adicionalmente, se tomaron datos in situ de compactación del suelo (kg/cm2) mediante un penetrómetro de mano.

Los datos de precipitación diaria fueron suministrados por el Instituto Meteorológico Nacional (IMN) y el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE). Las estaciones meteorológicas utilizadas fueron: CIGEFI, Aranjuez, Tobías Bolaños y Sabana Norte.

5. Recolección de sedimentos

A partir de la metodología de Castillo, M. (2012: 47) y Alvarado et al. (2013: 46), los sedimentos retenidos en las trampas fueron recolectados en horas de la mañana y pesados in situ con una balanza de 10 kg ± 25 g. Posteriormente, fueron secados en un horno a 105°C, y finalmente pesados en una balanza analítica. La tasa de erosión se cuantificó a partir de la producción de sedimentos durante seis meses (julio a diciembre del 2015).

 

 

 

6. Sobrevivencia

El porcentaje de sobrevivencia se calculó por presencia/ausencia de estacas o macollas en cada parcela. En el caso de que las plántulas no presentaran hojas, se hizo un leve raspado en el tallo para constatar que estuvieran vivas (color verde) o muertas (color café). Esto se hizo durante siete meses (junio a diciembre del 2015).

Para determinar diferencias entre la retención de sedimentos en tratamientos vegetales y el control, se corrió un análisis de varianza no paramétrica (Kruskall Wallis); asimismo, para evaluar la producción de sedimentos y el porcentaje de sobrevivencia en los tratamientos vegetales se utilizó un modelo lineal generalizado con distribución de Poisson. Ambos en el programa R commander. Además, se realizó un análisis de similitud en el programa Past 2.17c para evaluar la semejanza entre los tratamientos aplicados.

 

 

VI. Resultados

En términos generales, las propiedades físicas y químicas del suelo se encuentran dentro de los niveles óptimos, exceptuando la conductividad hidráulica, que es alta en el Electriona y baja en Conejos. La textura tuvo predominancia de arenas en los tres sitios, con presencia de poros grandes; sin embargo, la compactación fue mayor en la zona media y baja (Cuadro 2).

El intercambio catiónico es un indicador del potencial del suelo para retener e intercambiar nutrientes y está relacionado con las arcillas y la materia orgánica, las cuales tienen carga negativa; en este caso, los tres sitios presentan valores similares de partículas finas, pero no así de materia orgánica.

 

Los meses más lluviosos fueron setiembre, octubre y noviembre, donde Mata de Plátano registró la precipitación más alta de los tres sitios. Por su parte, diciembre registró menos lluvias en todos los sitios (Cuadro 3).

 

Los valores de intensidad fueron similares en los tres sitios; la parte media presentó levemente una minoría. Se registraron intensidades promedio por encima de 0.50 mm h-1 únicamente en octubre; el resto de meses osciló entre los 0.03 y 0.38 mm h-1 Los valores de intensidad máxima fueron similares en los meses más lluviosos, donde octubre presentó el día con mayor intensidad de lluvia (Cuadro 4).

  

La producción de sedimentos fue variable en los tres sitios, siendo Conejos el lugar con mayor registro de sedimentos. En la parte alta y baja se registraron tasas de erosión por debajo de los 12 kg/ha, en tanto que en la parte media, este valor fue triplicado (Cuadro 5).

El análisis de varianza evidenció que no existen diferencias significativas entre los tratamientos vegetales y el control (KW = 23, gl = 23, p > 0.05); sin embargo, sí las hay entre los tratamientos vegetales (AIC = 267.3, gl = 20, p < 0.05).

De todos los tratamientos y en los tres sitios, las parcelas sembradas con H. patens y T. zanonia, registraron menos tasa de erosión. Para la parte media, D. imperialis fue la más eficiente en comparación a las otras cinco especies.

El orden de efectividad vegetal en el sector de Mata de Plátano fue: 7 > 6 > 8 > 3 > 5 > 4 > 2. Hay dos agrupaciones, en una hay predominancia de arbustos y en la otra, herbáceas. En este sitio los arbustos tuvieron mayor éxito (Fig. 3).

 

El orden de efectividad vegetal en el sector de Conejos fue: 8 > 4 > 7 > 6 > 2 > 3 > 5. Hay tres agrupaciones claramente representadas; sin embargo, en este sitio las herbáceas tuvieron mayor éxito (Fig. 4).

 

El orden de efectividad vegetal en el sector de Electriona fue: 6 > 7 > 3 > 5 > 2 > 4 > 8. Hay dos agrupaciones, una está dominada por herbáceas y la otra por arbustos; sin embargo, en este sitio los arbustos tuvieron mayor éxito (Fig. 5).

 

En cuanto a la sobrevivencia, la parte alta y media mostraron un porcentaje mayor, respecto a la baja (Cuadro 6), lo cual indica mayor capacidad de adaptación, crecimiento aéreo y radicular.

 

 

 

 

En la parte alta, D. imperialis registró el mayor porcentaje de sobrevivencia y fue altamente significativa con respecto al resto (AIC = 165.13, gl = 20, p < 0.05). En la parte media se registró diferencias en H. tortuosa (AIC = 165.13, gl = 20, p < 0.05), T. zanonia (AIC = 165.13, gl = 20, p < 0.05) y C. nocturnum (AIC = 165.13, gl = 20, p < 0.05). En la parte baja, las diferencias se observaron en H. patens (AIC = 165.13, gl = 20, p < 0.05), L. fruticosa (AIC = 165.13, gl = 20, p < 0.05) y C. nocturnum (AIC = 165.13, gl = 20, p < 0.05).

VII. Bibliografía

ALVARADO, V., T. Bermúdez, M. Romero & L. Piedra. Evaluación de la revegetación para el control de la erosión laminar en taludes de la Microcuenca del Río Pirro, Costa Rica. Tesis de Licenciatura. Universidad Nacional, Costa Rica. 2013. 74p.

BOCHET, E. & P. García. “Factors controlling vegetation establishment and water erosion on Motorway Slopes in Valencia, Spain”. Restoration Ecology 12(2): 166-174. España. 2004. 9p.

CASTILLO, M. Determinación y cuantificación de la tasa de erosión en un ciclo del cultivo de papa en la zona de Pacayas de Alvarado, Cartago. Tesis de Licenciatura. Universidad de Costa Rica, Costa Rica. 2012. 150p.

CONEJERO, A. & C. Sallent. (2011). Estudio del ecosistema urbano de San José. Recuperado el 17 de febrero 2016. http://ddd.uab.cat/pub/trerecpro/2011/hdl_2072_179283/PFC_EcosistemaUrbaSanJose.pdf

DALMASSO, A. “Revegetación de áreas degradadas con especies nativas”. Boletín de la Sociedad Argentina de Botánica 45(1-2): 149-171. Scielo. Disponible en: http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1851-23722010000100011

Fecha de consulta: 13 de marzo 2016.

FEOLI, S. 2013. “Corredor Biológico Interurbano del Río Torres y corredores biológicos en general”. Ambientico 232-233: 51-55. Universidad Nacional, Costa Rica. Disponible en: http://www.ambientico.una.ac.cr/pdfs/ambientico/232.pdf Fecha de consulta: 25 de mayo 2015.

HOLDRIDGE, L.R. (1967). Life zone ecology. Recuperado el 17 de febrero 2016. http://www.fs.fed.us/psw/topics/ecosystem_processes/tropical/restoration/lifezone/holdridge_triangle/holdridge_pub.pdf

LAPORTE, G. & G. Porras (2002). Uso de la vegetación para la estabilización de taludes. En: VIII Seminario Nacional de Geotecnia, III Encuentro Centroamericano de Geotecnistas, Costa Rica. 18p.

MENDOZA, A. (2012). Sábado de reforestación en La Sabana. Recuperado el 17 de febrero 2016. http://www.crhoy.com/sabado-de-reforestacion/

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VIII. Aportes de la investigación a la toma de decisiones

Para asegurar el éxito de las especies nativas en cuanto a control de erosión y restauración ecológica, es necesario conocer los atributos fisiológicos, morfológicos y botánicos de las especies que determinan su respuesta. Asimismo, es importante evaluar los factores como la intensidad de perturbación y condiciones ambientales del sitio.

El hecho de que muchas especies no hayan sido tan exitosas se debió principalmente a la heterogeneidad de las precipitaciones. A pesar de que se sembró a inicios de la época lluviosa, el clima fue atípico. Esto ocasionó que el material vegetativo entrara en un proceso de pudrición, principalmente en L. fruticosa y que se perdieran plantas en varias parcelas, lo que aumentó su tasa de erosión.

De las herbáceas, la que presentó mayor sobrevivencia y menor tasa de erosión fue T. zanonia; de los arbustos, fue H. patens. Esto puede ser de gran utilidad para recomendar y poner a prueba, una asociación multiestratificada de especies con múltiples usos. Dado que el sitio de estudio es un río urbano y se pretende convertirlo en un corredor fluvial verde, estas especies serían fundamentales desde el punto de vista estructural, ambiental y económico.

El uso de plantas herbáceas y arbustivas para la conservación del suelo y del agua, es una buena estrategia, en comparación a los árboles, debido principalmente a sus bondades en rusticidad, crecimiento en altura, producción de biomasa y usos como forraje, alimento de fauna y conectividad con otros fragmentos de vegetación cercanos.

Esta línea base de investigación relacionada al control de erosión, restauración ecológica y foresta urbana debe ser un tema de interés y de estudio, ya que existe poca información y un gran vacío. La microcuenca del Torres y demás ríos urbanos de la región central de Costa Rica, albergan gran cantidad de vegetación riparia, que podría aprovecharse para estos fines, sin mayor costo económico y con gran potencial socio ambiental.

IX. Aportes de la investigación a los temas de la región

La erosión es un problema casi irreversible en muchos lugares del planeta; es un proceso necesario pero acelerado. Se han propuesto diversas prácticas para su control y muchas han sido exitosas. El uso de plantas y sobretodo, especies nativas, es una alternativa de manejo excepcional, por los muchos beneficios que ésta aporta al ecosistema en general.

El uso de una cubierta vegetal con especies pioneras de herbáceas y arbustos nativos, como estrategia de restauración ecológica y foresta urbana, constituye una herramienta integral, pues permite mejorar las condiciones mecánicas, hidráulicas y ambientales del sitio de estudio, y actúa como barrera viva contra la erosión.

Por lo anterior, esta investigación muestra la relación de la estructura de las comunidades vegetales de la microcuenca del río Torres y sus propiedades funcionales, evidenciando la relevancia de las asociaciones entre la composición florística y la capacidad de infiltración del suelo, así como el mejoramiento paisajístico.

 

No obstante, debido al carácter descriptivo y exploratorio de estos resultados, queda abierta la necesidad de nuevos estudios orientados a validar el potencial de estas y otras especies como factor de control de la erosión y restauración ecológica en otras zonas del país, bajo condiciones climáticas y topográficas diferentes.

Autor:                        Juan Carlos Fuentes

                                   Instituto Nacional de Electrificación

                                  

 

1.  Presentación

Derivado del comportamiento del escurrimiento superficial y el arrastre de sedimentos en la subcuenca del río Aguacapa, surge la idea de estimar el impacto de la variabilidad de la lluvia sobre estos componentes. Cabe mencionar la importancia a nivel nacional de los recursos hidráulicos en dicha subcuenca, dado el actual aprovechamiento en generación de energía eléctrica, en al menos 100 MW como potencia instalada, de los cuales 90 corresponden a la planta hidroeléctrica del mismo nombre, propiedad del Instituto Nacional de Electrificación, ente estatal interesado en este proyecto. La subcuenca del río Aguacapa posee un área de 608 km2, perteneciente a la cuenca del río Maria Linda, ubicada en la vertiente del océano Pacífico, patrón de drenaje predominante dentritico, suelos permeables a muy permeables dada las condiciones geológicas y uso agrícola, agroforestal y forestal principalmente. El régimen de lluvias se estima en 2,275 milímetros anuales, el cual se monitorea a través de una red compuesta por 5 estaciones meteorológicas convencionales, las que poseen longitudes de registros considerables de al menos 33 años, que comprende de 1983-2016, período que permite realizar análisis e interpretación del comportamiento y variabilidad de los elementos del clima, principalmente la lluvia. En cuanto a la red de estaciones hidrométricas, actualmente se dispone de 2 estaciones, de la cual la estación en estudio posee una longitud de registro considerable, dividida en dos períodos que comprenden de 1962-1982 y 2002-2016, con longitudes de 20 y 14 años respectivamente. La variabilidad de la lluvia se estimó mediante técnicas estadísticas avanzadas, partiendo del principio de que la lluvia media anual tiende a comportarse de acuerdo a una distribución teórica de frecuencia Normal o Gaussiana, aplicado tanto a lluvias medias como a caudales medios anuales. En tal sentido, se realizó el análisis de los hietogramas de lluvia diaria, mensual, anual y máxima, tanto en láminas con en días de lluvia, con su respectiva tendencia. El mismo análisis se realizó para las series de caudales anuales, en este caso se aplicó la distribución de Weibull para estimar el impacto sobre los caudales mínimos, adicionalmente, se aplicó la ecuación de Tucci (2002), para estimar el impacto de la variabilidad de la lluvia sobre el escurrimiento superficial y en este caso, también se aplicó a la serie de caudales sólidos (sedimentos en suspensión) que comprende los mismos períodos. Los resultados obtenidos para el caso del escurrimiento superficial, una tendencia positiva en caudales máximos y una tendencia negativa en caudales mínimos, ambas tendencias estadísticamente significativas, esto implica un aumento considerable en el coeficiente de abatimiento de humedad del suelo, principalmente en la época seca, donde los efectos serán más notorios, aunado aún más al fenómeno de persistencia. Caso similar se estimó para el caudal sólido, esto vinculado directamente al proceso de erosión en la cuenca, producto del cambio de uso de la tierra, la cual trae consigo efectos directos en el aumento del escurrimiento superficial directo (principalmente en eventos extremos) y disminución del flujo base (reflejado en un aumento del coeficiente de abatimiento de humedad del suelo). El estudio va orientado al fortalecimiento de la red de monitoreo meteorológico e hidrométrico, así como a la identificación de áreas prioritarias para la implementación de prácticas destinadas al control de la erosión a mediano plazo, y de esta manera garantizar la sostenibilidad de los recursos hidráulicos y disminuir las tasas de erosión en la subcuenca.

 

2.  Objetivos del Trabajo

ü  Evaluar la densidad de la red de estaciones meteorológicas y las características de las series pluviométricas.

ü  Asociar la variabilidad hidrometeorológica al abatimiento de caudales.

ü  Estimar la evolución en el cambio de uso de la tierra y el impacto en el régimen hidrológico.

ü   

 

3.  Marco Teórico

3.1  El ciclo hidrológico

 

 

 

El ciclo hidrológico y la cuenca hidrográfica constituyen respectivamente el concepto y unidad fundamental de estudio de la hidrología. El ciclo hidrológico comprende las fases y procesos del agua en la superficie terrestre, comprender tanto sus cambios de estado como las interacciones que existen en la atmósfera, litósfera y la biósfera.

 

El ciclo hidrológico se define como “aquel que describe la circulación del agua en la atmósfera, suelo y subsuelo en sus distintas fases, como todo ciclo cerrado no tiene principio ni fin y su descripción puede comenzar en cualquiera de sus elementos, por ejemplo en la precipitación”, (NANIA, Leonardo & GÓMEZ, Manuel. 2006: 13)

 

En el caso de las cuencas, pueden clasificarse en cuanto a la ocurrencia del agua, como hidrográficas e hidrogeológicas, además, con base al sistema de drenaje superficial, como endorreicas y exorreicas. Cabe mencionar, que actualmente las cuencas pueden clasificarse también como urbanas y no urbanas.

 

La variabilidad del clima, se refiere a las variaciones en el estado medio y otras estadísticas del clima, en todas las escalas espaciales y temporales más allá de fenómenos meteorológicos individuales. La variabilidad puede ser debido a procesos internos naturales dentro del sistema climático (interna) o a las variaciones naturales o antropogénicas (externa). La variabilidad climática expone a menudo patrones espaciales conectados a las interacciones entre la circulación atmosférica y las superficies terrestres y oceánicas (KRASOVSKAIA, I. 2010).

 

3.2  Variabilidad

La variabilidad climática es entendida como las variaciones del clima en función de las condiciones naturales del globo terrestre y de sus interacciones, mientras que la variabilidad hidrológica se efectiviza cuando ocurren alteraciones sobre las principales entradas y/o salidas de un sistema hidrológico, es decir, sobre la precipitación, la evapotranspiración y/o los caudales (BERTONI, J. 2010: 7).

 

3.3  Series de tiempo

Constituyen conjuntos de variables, en este caso, hidrológicas o meteorológicas, medidas de forma continua en unidades definidas de tiempo. Algunas propiedades de las series de tiempo, son la longitud, completación, independencia, homogeneidad y tendencia.

 

Resalta la importancia de las redes de monitoreo hidrológico y meteorológico, en la generación de series de tiempo, tanto en su longitud como en su calidad. Las redes de monitoreo se pueden evaluar con base a la densidad (estaciones/km2) y a la variabilidad. Además, las series pueden ser normales o extremas, en el caso de series normales se hace referencia a lluvias anuales, temperaturas anuales, mientras que para el caso de series extremas, se hace referencia a eventos máximos y mínimos. Para el caso de hidrología, los eventos máximos más usuales son lluvias intensas y crecidas, mientras que para eventos mínimos, caudales mínimos.

 

3.4  Abatimiento

El abatimiento consiste en el descenso de la humedad del suelo, como flujo subsuperficial o como flujo base. Puede expresarse como Q = Qoe-k(t-to), siguiendo un comportamiento exponencial (MONSALVE, Saézn. 1999:325)

 

4.  Antecedentes o Estado de la Investigación

La presente investigación se encuentra en una fase inicial, de caracterización biofísica de la cuenca, evaluación de la red de monitoreo meteorológico y de las series de tiempo generadas, y del régimen hidrológico. Resaltan, algunos estudios relacionados a hidrología aplicada, en la subcuenca del río Aguacapa, los cuales en su orden cronológico, son los siguientes:

 

ü  Comisión Nacional de Energía Eléctrica (2015). Impactos de usos de suelos y oportunidades de restauración en cuencas hidroeléctricas.

ü  Viana, J. (2008). Evaluación y propuesta de un sistema de alerta temprana en la parte baja de la cuenca del río María Linda.

ü  Santos, G. (2002). Utilización de modelos para evaluar la tendencia de la escorrentía superficial en la cuenca del río Aguacapa, tomando como variables el suelo y uso de la tierra.

 

 

 5.  Aspectos Metodológicos

El estudio comprendió el desarrollo de dos fases, preliminar y análisis, el detalle de cada fase es el siguiente:

 

5.1  Fase preliminar

5.5.1     Descripción biofísica de la cuenca: Mapa hidrográfico, red de estaciones meteorológicas, polígonos de Thiessen, permeabilidad del suelo y uso de la tierra (en dos escenarios).

 

5.5.2     Series de tiempo

Recopilación de series de tiempo de lluvia diaria de las estaciones meteorológicas siguientes:

 

Tabla 1. Estaciones meteorológicas ubicadas en la subcuenca del río Aguacapa.

Estación

Tipo

Año

Longitud

Altitud

inicio

registro (años)

msnm

La Pampa

B

1983

32

1300

La Pastoría

B

1980

35

1020

Aguacaliente

C

1982

33

720

El Mirador

D

1982

33

760

Casa Máquinas Aguacapa

C

1982

33

145

     Fuente: Departamento de Hidrología (INDE, 2016)

 

Adicionalmente se obtuvo la serie de caudales medios diarios de la estación hidrométrica Aguacaliente, para los períodos 1962-1982 y 2002-2016, con longitudes de 20 y 14 años respectivamente

 

5.6  Fase de análisis

 

5.6.1     Propiedades de las series

a.    Longitud: Expresada en años, para cada período analizado, oscilando entre 32 y 35 años.

b.    Completación: Se estimó la cantidad de datos faltantes para cada serie (n), en relación a la longitud total (N, n/N). La relación n/N, oscila entre 0 y 7%, lo cual se considera dentro del rango aceptable, en tal sentido, los datos faltantes fueron estimados mediante el método de proporción normal, descrito por  BREÑA, Puyol (2006, 76).

c.    Independencia: Se trazó el correlograma conjuntamente con intervalos de confianza al 90 y 95%, conocido como la prueba de Anderson, citada por GANANCIAS, Facundo (2009, 6). Para que la serie se considera independiente, al menos el 90% de los puntos ploteados (r vrs k), deben estar comprendidos dentro del intervalo de confianza, de lo contrario, la serie se considera dependiente.

d.    Homogeneidad: Se realizaron dos pruebas, siendo t Student y Cramer, de acuerdo a lo descrito por GANANCIAS, Facundo (2009, 6). Para que la serie se considere homogénea el valor t estimado debe ser menor al t teórico (o crítico).

e.    Tendencia: La tendencia posee dos componentes principales, siendo el sentido y la significancia, la metodología empleada fue el Test de Spearman Rank Order Correlation, ampliamente recomendada por la Organización Meteorológica Mundial, descrita por KUNDZEWICZ & ROBSON (2000).

 

5.6.2     Hietogramas e hidrogramas

Con el objeto de estimar el régimen pluviométrico e hidrológico, se plotearon los respectivos hietogramas e hidrogramas, estimando, previamente para el caso de la lluvia, los valores medios.

 

5.6.3     Variabilidad

Con el objeto de estimar posibles cambios en el régimen pluviométrico e hidrológico, se realizó el análisis de variabilidad para las series de lluvias y caudales medios anuales. Para el efecto, se plotearon las series en papel probabilístico a escala normal con los respectivos intervalos de confianza al 90 y 95%, de acuerdo a la metodología descrita por HANN, Charles (1994).

 

5.6.4     Análisis de caudales mínimos

El análisis de caudales mínimos se realizó aplicando la distribución de frecuencias para eventos extremos tipo III, conocida como Weibull, tanto para la serie original (Y = X), como para la serie transformada logarítmicamente (Y = logX). Las series analizadas fueron caudales mínimos en 1 (Q1d), 2 (Q2d), 5 (Q5d), 7(Q7d), 10(Q10d), 15(Q15d), 30(Q30d) y 60(Q60d) días consecutivos anuales. Posteriormente se trazó las distribuciones en papel probabilístico a escala Gumbel, y se estimó el impacto en el abatimiento de los caudales, mediante la comparación de las series Q1D (Q1d) y Q60D (Q60d).

 

 

 

 

 

 

 

Caudales mínimos (modelo Weibull)

5.6.5     Caudal sólido

Con el objeto de estimar el impacto de la variabilidad de la lluvia y consecuentemente la evolución del uso de la tierra en la subcuenca del río Aguacapa, se estimó la relación entre caudal sólido y caudal líquido, de las series de tiempo correspondientes. Adicionalmente se aplicó la ecuación propuesta por Tucci (2002), para estimar el impacto del régimen de lluvia sobre el caudal sólido.

 

 

 

 

 

 

 

6.  Bibliografía

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BREÑA, Puyol; JACOBO, Marco. Principios y fundamentos de la hidrología superficial. Universidad Autónoma Metropolitana, México. 2006

COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA ELÉCTRICA. Impactos de usos de suelos y oportunidades de restauración en cuencas hidroeléctricas. Recuperado: 25/08/2015 (www.cnee.gob.gt)

GANANCIAS, Facundo. Cátedra de hidrología y procesos hidráulicos. Universidad Nacional de Córdoba, Argentina, 2009

HANN, Charles. Statistical methods in hydrology. Iowa, 1994

KRASOVSKAIA, Irina. Notas del curso de hidroclimatología. Universidad de Costa Rica, Correspondencia personal, 2010

KUNDZEWICZ, Zbigniew; ROBSON, Alice. Detecting trend and other changes in hydrological data. Organización Meteorológica Mundial. Geneva, 2000

MONSALVE, Sáenz. Hidrología en la ingeniería. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogota, 1999

NANÍA, Leonardo; GÓMEZ, Manuel. Ingeniería hidrológica. Grupo Editorial Universitario, Granada 2006

SANTOS, Guillermo. Utilización de modelos para evaluar la tendencia de la escorrentía superficial en la cuenca del río Aguacapa, tomando como variables el suelo y uso de la tierra. Escuela Regional de Ingeniería Sanitaria y Recursos Hidráulicos, Guatemala 2002

VIANA, Janania. Evaluación y propuesta de un sistema de alerta temprana en la parte baja de la cuenca del río María Linda. Escuela Regional de Ingeniería Sanitaria y Recursos Hidráulicos, Guatemala 2008

 

 

 

7.  Aportes de la Investigación a la Toma de Decisiones

ü  Implementación de un modelo distribuido para estimar la erosión a nivel de ladera y cauce.

ü  Modelación hidrológica.

ü  Evaluación de la red de monitoreo meteorológico e hidrométrico.

ü  Implementación de medidas orientadas al manejo integral de cuencas.

 

8.  Aportes de la Investigación a los Temas de la Región

ü  Sistemas de alerta temprana, tanto para inundaciones como sequías.

ü  Sostenibilidad de los recursos naturales.

 

 

 

 

 

Evaluación de mezclas de  suelo-cemento como estrategia para reducir la erodibilidad en suelos de vías forestales

Adriana Gómez Enriquez1, Carlos Cardoso Machado2, Giovani Levi Sant'Anna3, Breno Santos Arrivabeni4,Arthur Araújo Silva5, Carla Ribeiro Machado e Portugal 6

1 Estudiante de Doctorado en Ciencia Forestal. Departamento de Ingeniería Forestal. Universidade Federal de Viçosa (UFV). E-mail: Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.

Rua Papa João XXIII, 215, B2-204, Bairro Centro, Viçosa-MG. Teléfono: +55 31 994513418. Pasaporte: 66967245

 

2 Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Forestal. Universidade Federal de Viçosa (UFV). E-mail: Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.

Rua Gomes Barbosa, nº547, Bairro Centro, Viçosa-MG.  Teléfono: +55 31 3892-4431. DNI: 452.563

 

3Pos-Doctor en Ingeniería Forestal. Departamento de Ingeniería Forestal. Universidade Federal de Viçosa (UFV). E-mail: Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.

Rua prefeito Moacir Dias de Andrade, 19, Bairro de Fátima, Viçosa-MG. Teléfono: +55 31 3891-5128. DNI: 722233916-72

 

4 Estudiante de Maestría en Ciencia Forestal. Departamento de Ingeniería Forestal. Universidade Federal de Viçosa (UFV). E-mail: Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.. Rua Alberto Pacheco, nº 145, 202, Bairro Ramos, Viçosa-MG. Teléfono: +55 31 996878307. DNI: 2155794-ES

 

5 Estudiante de Maestría en Ciencia Forestal.  Departamento de Ingeniería Forestal. Universidade Federal de Viçosa (UFV). E-mail: Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.

Av. Marechal Castelo Branco, 1160-102, Bairro Santo Antônio, Viçosa-MG. Teléfono: +55 31994072884. DNI: MG 14572068

           

6 Estudiante de Doctorado en Ciencia Forestal, Oregon State University  - OSU Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.). 2601 NE Jack London Street - Corvallis - Oregon – USA,  Teléfono: +1 541 979 8741

 

    

1.            Presentación

 

En muchos países, grandes extensiones de la red vial son vías sin pavimentar. En Brasil, de acuerdo con el Departamento Nacional de Infra-estructura e Transportes (2015), aproximadamente 80% de las vías son sin pavimentar. Estas vías son responsables por el desarrollo económico de una región; al considerar, que intervienen en el transporte de productos principalmente de actividades agropecuarias (CORREA et al., 2006).

En el sector forestal, estas vías son de gran importancia pues permite el desplazamiento de la mano de obra e insumos necesarios para la producción, implementación, protección, cosecha y transporte de productos forestales (OLIVEIRA et al., 2010). Sin embargo, estas vías en condiciones inadecuadas para transitar, provocan grandes prejuicios económicos, sociales y ambientales y están asociados generalmente a procesos erosivos, ocasionados por la concentración de escorrentía superficial.

La superficie altamente compactada de estas vías reduce la infiltración, aumenta el volumen de escorrentía, principalmente en las áreas de drenaje, causando desprendimiento de partículas del suelo, que generalmente son transportadas a los cursos de agua, ocasionando sedimentación, polución e interferencia con la fauna acuática (ZIEGLER et al., 2000, FOLTZ et al,. 2008, CORREA  y CRUZ, 2010).

Los procesos erosivos en vías sin pavimentar están asociados a factores como intensidad y duración de las lluvias, características del suelo, declividad, características constructivas, intensidad de tráfico, entre otros. (LOPES et al., 2002; MACHADO et al., 2003; FORSYTH et al., 2006; CORRÊA et al., 2007; JORDÁN E MARTÍNEZ-ZAVALA, 2008;  FU et al., 2010).

Desde el punto de vista del suelo, diversas propiedades influencian en los procesos erosivos; principalmente, aquellas que reflejan mayor o menor resistencia del suelo a la erosión. Dentro de esas propiedades, la erodibilidad y el esfuerzo cortante crítico son los principales índices del suelo que caracterizan la resistencia a la erosión (KNAPEN et al., 2007).

La erodibilidad y el esfuerzo crítico cortante son índices afectados por las propiedades físico-químicas del suelo y varían de local a local (FOLTZ el et al, 2008). El conocimiento de estos índices son una contribución importante para diferentes estudios, principalmente los relacionados en determinar la erosión basada en modelos (LAFLEN, et al, 1991). Así como, para plantear estrategias de disminución y control de erosión.

Considerando el alto costo de pavimentación de vías, se torna importante la adopción de tecnologías e alternativas que posibiliten su manutención en niveles aceptables de costo, que proporciones buenas condiciones de tráfico durante todo el año y que controlen la erosión. En este sentido, la estabilización química se presenta como una alternativa viable para proporcionar mayor resistencia mecánica al suelo y consecuentemente mayor resistencia a los procesos erosivos. Por eso, la propuesta de este trabajo es testar un aditivo comercial y analizar la influencia en los índices de resistencia mecánica del suelo.

 

2.            Objetivos del trabajo

 

2.1.       Objetivo general

Evaluar la erodibilidad y esfuerzo cortante crítico de un suelo de textura arenosa con y sin aditivo químico

2.2.       Objetivos específicos

·         Determinar la erodibilidad y esfuerzo cortante crítico de un suelo de textura arenosa

·         Determinar la erodibilidad y esfuerzo cortante crítico de un suelo de textura arenosa con estabilizante químico (Cemento).

·         Comparar las pérdidas de suelo con estabilizante y sin estabilizante

 

 

3.            Marco teórico

 

3.1.       Erosión en vías sin pavimentar

 

Uno de los principales factores que afectan la transitabilidad en vías sin pavimentar es la degradación debido a los procesos erosivos, afectando áreas marginales y provocando prejuicios económicos, sociales y ambientales (GRIEBELER et al., 2005). En áreas forestales, más del 90% de sedimento producido proviene de vías sin pavimentar, siendo el mal drenaje el principal factor (GRACE III et al., 1998).  

 El agua de escorrentía superficial puede erosionar la superficie de la faja terraplenada y contribuir para su estabilización. El principal fundamento de la red de drenaje es que esta debe interceptar, colectar y remover el agua de escorrentía subsuperficial y superficial de las vías (GARCÍA, 2001). La mayoría de los problemas de drenaje pueden ser controlados si son evitados puntos topográficos y geológicos críticos como son: Suelo limoso, curva vertical convoca, locales de infiltración natural del agua, nacientes, etc (MACHADO y SOUZA, 1990).

Factores como la construcción de vías constituye también una actividad de riesgo para la actividad forestal, pues promueve la retirada de cobertura vegetal, movimiento del suelo y compactación de la superficie, causando daños en la estructura del suelo y en el comportamiento hidrológico, tornando los suelos más susceptibles a la erosión hídrica (RAMOS-SCHARRÓN y MacDONALD, 2005; AKAY et al., 2008; JORDÁN y MARTÍNEZ-ZAVALA, 2008).

El tráfico, también es citado como un agente causador del desprendimiento de partículas, una vez que el desgaste generado en la interface neumático-superficie del suelo, provoca fragmentación de partículas gruesas en la superficie de la vía y el desprendimiento de las partículas de suelo (DUBÉ et al.,2004). En este sentido, Corrêa; Cruz (2010) destacan que el transporte de madera genera desprendimento de partículas del suelo, pues esta actividad envuelve el desplazamiento de vehículos pesados (carga de 30 a 40 toneladas) y extrapesados (Vehículos com carga superior a 40 toneladas) provocando deformaciones de la superfície de estrada y comprometiendo el sistema de drenaje.

El mantenimiento inadecuado de las vias genera también uma alta taxa de producción de sedimentos, considerando que estas atividades provocan disturbios al suelo, permitiendo que las partículas sean desprendidas más fácilmente (ZIEGELER et al. 2001). Sin embargo, Fu et al. (2010) destacan que las atividades de manutención, cuando son bien planeadas y realizadas, pueden constituir una intervención importante para el control de procesos erosivos y para mejorar las condiciones de drenaje.

Además de los factores ya mencionados, las propiedades del suelo están directamente relacionadas con la facilidad de un suelo ser más propenso a la erosión. La erodibilidad del suelo y el esfuerzo cortante crítico, son propiedades que permiten definir el grado de erosión de un suelo (MENEZE y PEJON, 2010).

De acuerdo con Knapen et al. (2007)  para determinar las pérdidas de suelo generadas por la escorrentía superficial, es importante tener una estimativa confiable de los factores relacionada a la resistencia del suelo a los procesos erosivos, siendo los principales índices que describen esta resistencia, la erodibilidad y el esfuerzo cortante crítico.

 

 

 

3.2 Erodibilidad y esfuerzo cortante crítico

 

La erodibilidad del suelo es definida como la propiedad que expresa la facilidad con que las partículas de los suelos son desprendidas por un agente erosivo (VEIGA,1988; BASTOS, 1999, LAL,1994). Es una de las características más complejas del suelo, considerando el gran número de factores físicos, químicos, biológicos y mecánicos que interviene.

Nogami e Villibor (1995), indican que la erodibilidad depende de características como granulometría, construcción mineralógica y química del suelo, de la estructura, permeabilidad, capacidad de infiltración y la cohesión entre partículas.

El esfuerzo cortante de crítico por otra parte, puede ser entendido como la fuerza máxima que puede ser aplicada al suelo sin que haya desagregación de las partículas (OLIVEIRA et al. 2009). Soares et al. (2006) abordan el concepto de esfuerzo cortante crítico como "equilibrio limite", que implica considerar el instante de ruptura, cuando las fuerzas que actúan, son iguales a la resistencia del suelo, sin tener en cuenta las deformaciones. Cuando este máximo es excedido, se dice que se rompió el suelo.

Diversas propiedades del suelo están directamente relacionadas con la erodibilidad y fuerza cortante critica, tales como la textura, humedad del suelo, estructura, la compactación, la estabilidad de agregados, la plasticidad, el contenido de materia orgánica, el contenido de óxidos de hierro y aluminio entre otros. Las diversas fuerzas de ligación mecánica, adhesivas, cohesivas y electrostáticas que actúan en la matriz del suelo y el complejo comportamientos de estas fuerzas entre las partícula consiste en una de las principales limitaciones para el completo entendimiento de la erodibilidad del suelo.

 

3.3 Aditivos químicos

 

La estabilización de suelo-cimiento consiste en la utilización de un material generado a partir de la mezcla de suelo desterronado, cemento y agua. De acuerdo con Kézdi (1979) esa mezcla una vez compactada genera un material de mayor resistencia, características favorables de deformación, resistencia al agua y temperatura, que son de grande interés en la construcción de la capa superficial, fundición y canales de drenaje de vías sin pavimentar.

La adición de pequeñas cantidades de cemento tiene la propiedad de bajar el valor del índice de plasticidad, disminuir el límite de liquidez, disminuir los cambios de volumen, además de aumentar la capacidad de soporte medio por el ensayo de resistencia a la compresión y no confinada por el valor de CBR (BAPTISTA, 1976).

Kézdi (1979 ) relata que la reacción de hidratación del cemento dentro de los poros de los suelos finos, genera la formación de un esqueleto,  donde las partículas del suelo son envueltas por esta pasta de tal forma que crean una matriz de fijación de las partículas no adheridas. La formación de este esqueleto es de fundamental importancia en la reducción de la sensibilidad a los cambios de humedad que pueden generar importantes esfuerzos de tracción y compresión significativos dentro de la masa de suelo, y también determinar el incremento de resistencia de la  mezcla provenientes del fenómeno de cementación  (FRANÇA, 2003).

Según Lima et al. (1993), cualquier tipo de suelo puede ser estabilizado con cemento, sin embargo, es la regla básica de que la cantidad de cemento empleado aumenta con el contenido de arcilla, lo que hace económicamente más favorables esta estabilización para los suelos arenosos.

Pequeñas cantidades de cemento, del orden de 1 a 2%, son suficientes para hacer que sea más viable suelo, disminuyendo su cambio de volumen y aumentar su capacidad de carga. La mezcla de suelo-cemento compactado puede ser utilizado tanto como suelos de base como de sub-base de pavimentos, lo que requiere contenidos de cemento mayor que 4%, dependiendo del tipo de suelo trabajado (SENCO, 2001).

 

4.    Aspectos metodológicos

 

4.1 Generalidades

Fueron determinadas las pérdidas de suelo, provenientes de muestras deformadas compactadas y comparadas con las pérdidas de suelo de muestras tratadas químicamente con un aditivo comercial (cemento). A partir de los datos de perdida de suelo y del esfuerzo cortante aplicado se determinó la erodibilidad y el esfuerzo cortante crítico.

Se evaluaron tres dosis del aditivo químico: 0%( testigo), 2% e 4%.  La influencia de la declividad también fue evaluada, siendo testadas tres declividades 2%, 4% e 8%. Para cada una de las variables fueron realizadas 5 repeticiones siendo realizados un total de 45 testes.

 

4.2 Suelo

El estudio fue realizado con suelo de textura arenosa, colectado en la Vila Secundino, en el campus de la universidad Federal de Viçosa (UFV) zona da mata de Minas Gerais-Brasil, provenientes de taludes. Geotécnicamente es un suelo residual joven de gnaisse con horizonte C profundo y de coloración grisácea (PEREIRA, 2005).

 

 

 

4.3 Preparación de las muestras de suelo

Una vez colectado el suelo en campo, las muestras se secaron al aire y se tamizaron. Posteriormente, fueron pesados 7kg de suelos para ser compactados, aplicar el aditivo y obtener los cuerpos de prueba. La compactación se realizó siguiendo la norma   NBR 7182/1986 aplicando una energía de compactación intermediaria (26 golpes). Una vez compactados los cuerpos de prueba, eran extraídos del cilindro, para posteriormente ser moldados en el anillo de muestreo del aparato de inderbitzen y ser realizados los ensayos.

 Los ensayos realizados con las muestras de suelo natural (0% de aditivo), eran realizados al día siguiente después de compactación. Los ensayos con aditivo (cemento 2 y 4%) fueron preparados siguiendo la norma NB 1336/90 con tiempo de cura 7 días y utilizando un cemento comercial (Portland CP-II_E32)

 

 

 

 

4.4 Determinación de las pérdidas de suelo

Las pérdidas de suelo fueron determinadas utilizando el ensayo de Inderbitzen. Esta metodología consiste en someter una muestra de suelo de área conocida sobre la acción del proceso de escorrentía superficial, donde el volumen de agua aplicado es conocido y el tiempo de aplicación es controlado, siendo colectado el suelo perdido durante este periodo de tiempo.  

Para este experimento fue utilizada una versión del ensayo de inderbitzen con rampa de orificio circular propuesto por Stephan (2010). Esta versión consiste de una rampa metálica en aluminio, con un orificio circular para fijar los cuerpos de prueba con diámetro de 144 mm e altura de 43 mm.

Una de las caras del cuerpo de prueba es posicionada tangencialmente al plano da rampa, en su extremidad inferior, expuesta a un flujo laminar controlado, ocasionando erosión en el suelo por un tiempo determinado. La rampa es apoyada en una estructura metálica, que presenta un sistema móvil en la parte superior, permitiendo la variación del ángulo de inclinación.

Las pérdidas de suelo fueron determinadas para tres declividades: 2%, 4% y 8%, siendo estas representativas de vías forestales. Para cada ensayo fue aplicado un caudal de 6L/min durante 15 minutos, siendo colectado el suelo erosionado en tres periodos (1 minuto después de aplicar el caudal de escorrentía, 5 min y 15 min).

En seguida todo el material colectado, fue transferido a capsulas metálicas para secar durante 24 horas. Después de este tiempo el suelo colectado fue pesado y tamizado, obteniendo el peso del material retenido en cada tamiz.

 

 

4.5 Calculo del esfuerzo cortante

            t  = γÿ S     Ec. 1  t=

 

Donde,

t = Esfuerzo cortante asociado a la escorrentía, Pa;

ÿ= peso específico del agua, kgf m-3;

y = profundidad de escorrentía, m; e

S = declividade de la superfície libre da agua, m m-1.

4.6 Determinación de la erodibilidad

Los valores obtenidos en cada ensayo de perdida de suelo asociados a un determinado esfuerzo cortante fueron trazados en un gráfico y, fue ajustada una regresión lineal simple al conjunto de datos. El valor de la erodibilidad corresponde al coeficiente angular de la ecuación ajustada y, el esfuerzo cortante crítico equivale al valor máximo de esfuerzo aplicado en que la perdida de suelo es cero.

 

5.    Resultados

 

5.1 Perdidas de suelo

 

Suelo sin aditivo (0% cemento)

El suelo sin aditivo presentó perdidas de suelo de hasta 1,67g cm-2. La pendiente mostró un comportamiento directamente proporcional, una vez que, a mayor pendiente, mayor pérdida de suelo.  Cuando comparados los resultados obtenidos para cada pendiente se observó que las pérdidas generadas para pendientes de 8% eran 2 veces más que para 4% (0,80 g cm-2) y 3 veces más que para 2% (0,5 g cm-2) Figura 1.

 

 

Suelo con 2% de aditivo

Las pérdidas de suelo durante el tiempo total del ensayo fueron de 0.005, 0.007 y 0.009 g.cm-2 para las pendientes de 2, 4 y 8% respectivamente. Las mayores pérdidas de suelo se obtuvieron para la mayor pendiente, presentando una relación de 1.6 veces mayor cuando comparada a la pendiente del 2% y de 1.3 veces más, cuando comparada a la de 2% (Figura 2).

  

Suelo con 4% de aditivo

 

Las pérdidas de suelo para este tratamiento fueron de 0.0058 g.cm-2 para la pendiente de 2%, 0.0065 para 4% y de  0.0079 g.cm-2 para 8%. Las mayores pérdidas de suelo se obtuvieron para la pendiente de 8%, presentando una relación de 1.3 veces mayor cuando comparada a la pendiente del 2% y de 1.2 veces más, cuando comparada a la de 2% (Figura 3).

  

 

De acuerdo con los resultados obtenidos, se observa que los suelos con aditivo presentaron menores perdidas de suelo cuando comparadas con el suelo sin aditivo, presentando disminuciones de hasta 99% en las declividades 4 y 8.

 

5.2 Erodibilidad y esfuerzo cortante crítico

Suelo sin aditivo

La erodibilidad en el suelo sin aditivo fue de 0.18 g.cm-2.min-1 Pa -1 y el esfuerzo cortante critico de 0.26 Pa (Figura 4).

 

 

Suelo con 2% de aditivo

En el tratamiento con 2% de aditivo la erodibilidad fue de 0.0005 g.cm-2min-1Pa-1. Los resultados evidenciaron una reducción de 99% en la erodibilidad cuando tratados químicamente. El esfuerzo cortante crítico fue de -0.2 Pa siendo un valor inconsistente desde el punto de vista físico, pero que puede ser explicado por el bajo valor de erodibilidad obtenido (Figura 5). 

 

Suelo con 4% de aditivo

El tratamiento con 4% de aditivo presentó un valor de erodibilidad de 0.0003 g.cm-2.min-1 Pa-1 y el esfuerzo cortante crítico de -0,66 Pa. Los resultados fueron muy cercanos a los obtenidos en relación al suelo con aditivo del 2%, evidenciando una reducción de la erodibilidad del 40% cuando comparado con el suelo  tratado con 2% de aditivo y de 99.8% cuando comparado con el tratamiento sin aditivo. Ya el esfuerzo cortante critico fue de -0.66 Pa, siendo un valor negativo, y de igual manera que al obtenido en el ensayo con 2% de aditivo, puede ser inconsistente desde el punto de vista físico, pero también puede ser explicado por el bajo valor de erodibilidad obtenido.

 

 

6.    Aportes de la investigación

Suelos arenosos tratados químicamente con cemento pueden presentar bajas perdidas de suelos, y consecuentemente valores bajas de erodibilidad cuando comparados con suelos sin tratamiento. Siendo esta una buena estrategia para el control de procesos erosivos en vías sin pavimentar.

Suelos tratados con 2 y 4% de aditivo reflejaron valores de erodibilidad muy bajos y similares. Por tanto, para definir el porcentaje de dosificación del aditivo es importante considerar otros aspectos relevantes como, costos, área, e pendiente del terreno, entre otros.

La metodología propuesta, se presenta viable para el control de erosión en vías que presenten condiciones de suelo y de terreno similares al estudiado. Sin embargo es necesario realizar más ensayos para definir padrones para su implementación.

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Coloquio en Lima 25 de Octubre, 2 a 6 pm.

En vivo:http://envivo.pucp.edu.pe/departamentoingenieria

Lugar:Campus PUCP - Anfiteatro Monseñor José Dammert

Dirigido a:Público externo y comunidad PUCP

Costo:Gratis

Vacantes:100

 

La seguridad hídrica representa la disponibilidad de agua (en cantidad y calidad) y el nivel de riesgo asociado a ésta, en niveles que sean aceptables para la salud y los medios de vida y producción. La seguridad hídrica está definida por una eficiente interacción entre una dimensión física (i.e. los procesos naturales que determinan las cantidades de precipitación, evaporación, infiltración, etc.) y una dimensión social y económica (e.g., patrones sociales y culturales de consumo de agua, factores políticos, regulación, desarrollo económico, etc.).

Lima tiene una población de 9.7 millones de habitantes, y se asienta en una zona árida y por lo tanto, está incluida entre las 10 futuras megaciudades que afrontan estrés hídrico. Sin embargo, durante la ocurrencia de eventos extremos del Fenómeno de El Niño, en algunos sectores de la periferia de Lima, se presentan flujos de escombros que vulneran la infraestructura existente y en muchos casos inducen pérdidas humanas.

Objetivos

En el marco de la Línea de Investigación 1: Ciudades e infraestructura sostenible de la Sección de Ingeniería Civil, el presente evento tiene como objetivos:

·         Exponer los retos, propuestas y soluciones de las lecciones aprendidas de la implementación de sistemas urbanos de drenaje sostenible y experiencias del manejo de drenaje pluvial en Barranquilla.

·         Informar del plan de acción de SEDAPAL ante los efectos del calentamiento global.

·         Informar del plan de acción de SUNASS ante eventos de estrés hídrico o contaminación de las fuentes de agua de la ciudad de Lima.

·         Informar del plan de acción de la Autoridad Nacional del Agua ante eventos de estrés hídrico.

Ingreso

Ingreso libre, previa inscripción.

Los interesados que deseen constancia de participación deberán abonar S/ 50 soles.

Organizado por

·         Departamento de Ingeniería - Sección Ingeniería Civil

·         Maestría en Ingeniería Civil - Escuela de Posgrado

 

 

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