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Erosión y producción de sedimento en una cuenca semiárida: causas y efectos en relación a la colmatación del embalse C. Gelsi

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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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Ricardo Schmalbach R

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

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