"Caracterización y estimación de la erosión laminar en un bosque premontano a partir de un...
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UNIVERSIDAD DE COSTA RICA FACULTAD DE CIENCIAS SOCIALES ESCUELA DE GEOGRAFIA “CARACTERIZACIÓN Y ESTIMACIÓN DE LA EROSIÓN LAMINAR EN UN BOSQUE PREMONTANO A PARTIR DE UN MODELADO HIDROLÓGICO. MICROCUENCA DEL RÍO SAN LORENCITO, CORDILLERA VOLCÁNICA DE TILARÁN, COSTA RICA” Tesis sometida ante el Tribunal Examinador para optar por el grado de Licenciado en Geografía Néstor Mauricio Veas Ayala Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Agosto, 2009 - i -
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Tesis de Licenciatura en Geografía - Néstor Veas Ayala
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UNIVERSIDAD DE COSTA RICA
FACULTAD DE CIENCIAS SOCIALES
ESCUELA DE GEOGRAFIA
“CARACTERIZACIÓN Y ESTIMACIÓN DE LA EROSIÓN LAMINAR EN UN BOSQUE PREMONTANO A PARTIR DE UN
MODELADO HIDROLÓGICO. MICROCUENCA DEL RÍO SAN LORENCITO, CORDILLERA VOLCÁNICA DE
TILARÁN, COSTA RICA”
Tesis sometida ante el Tribunal Examinador para optar por el grado de Licenciado en Geografía
Néstor Mauricio Veas Ayala
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Agosto, 2009
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DEDICATORIA
A Normiña, quién me enseñó el valor del trabajo y el esfuerzo.
A Lety, quién me enseñó la importancia de vivir, disfrutar, aprender, viajar y nunca retroceder.
A toda mi familia, quienes siempre me apoyaron, de cerca y de lejos, en todo lo que he hecho.
A todos los que amamos esta hermosa disciplina llamada Geografía.
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AGRADECIMIENTOS
A Christian Birkel, por confiar en mí y estar siempre presente cuando surgieron dudas y dificultades. Éste es
su proyecto finalizado.
A Juan Carlos Zamora, por su ayuda desinteresada, sus sacrificios en cada gira, sus consejos, su apoyo y ante todo,
por su amistad.
A mi Comité Asesor, por su enorme disposición en todo momento, sus críticas, sus comentarios, sus palabras de
aliento y toda su sabiduría.
A todos y todas quienes colaboraron conmigo en el campo y en el laboratorio, cada uno de ellos y ellas puso un poquito de abono para que esta planta creciera, sin su
aporte este trabajo hubiera sido solamente un lindo sueño.
A don Ronald Sánchez, don Hugo Pérez y don Víctor Mora, por toda su ayuda para hacer grata mi estadía y estar siempre dispuestos a colaborar con lo
que fuera.
A todos mis amigos y amigas, por haber estado allí en las buenas y sobretodo en las malas; siempre están presentes en
mis pensamientos.
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Esta tesis fue aceptada por el Tribunal Examinador, como requisito parcial para optar al grado de Licenciado en Geografía.
Dr. Rafael Arce Mesén
Director Escuela de Geografía
M.Sc. Francisco Solano Mata
Director de Tesis
Dr. Gilbert Vargas Ulate
Lector
M.Sc. Luis Guillermo Brenes Quesada Lector
M.Sc. Guillermo Artavia Rodríguez Representante de la Escuela de Geografía
Bach. Néstor Mauricio Veas Ayala Candidato
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ÍNDICE DEDICATORIA................................................................................................................................................ ii
AGRADECIMIENTOS...................................................................................................................................iii
TRIBUNAL EXAMINADOR. ........................................................................................................................ iv
LISTA DE FIGURAS.....................................................................................................................................vii
LISTA DE CUADROS .................................................................................................................................... ix
LISTA DE FOTOGRAFÍAS............................................................................................................................ x
ABREVIACIONES UTILIZADAS................................................................................................................ xi
RESUMEN ......................................................................................................................................................xii
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN......................................................................................1 1.1. PLANTEAMIENTO Y JUSTIFICACION DEL PROBLEMA............................................................... 3 1.2. MARCO CONCEPTUAL ....................................................................................................................... 8
1.2.1. El desarrollo de la geografía y su relación con la erosión ............................................................. 8 1.2.2. Conceptos y generalidades del fenómeno erosivo......................................................................... 10 1.2.3. La erosión en zonas tropicales ...................................................................................................... 15 1.2.4. Relación entre la erosión laminar y las variables consideradas................................................... 16 1.2.5. Erosión laminar en un medio natural y completamente en equilibrio .......................................... 27 1.2.6. Un modelo hidrológico como herramienta geográfica para estimar la erosión ........................... 28
1.3. METODOLOGIA ................................................................................................................................. 34 1.3.1. EL TRABAJO DE CAMPO....................................................................................................................... 34
1.3.2. El trabajo en el laboratorio........................................................................................................... 39 1.3.3. Trabajo en el laboratorio de Sistemas de Información Geográfica (SIG) .................................... 42 1.3.4. Aplicación del modelo hidrológico KINEROS .............................................................................. 42 1.4. OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 46 1.4.1. Objetivos Generales ...................................................................................................................... 46 1.4.2. Objetivos específicos ..................................................................................................................... 46
CAPÍTULO 2: CARACTERIZACIÓN GENERAL DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES DE LA RESERVA BIOLÓGICA ALBERTO MANUEL BRENES Y SUS ALREDEDORES....................................................................................................47
2.1. UBICACIÓN......................................................................................................................................... 47 2.2. CLIMA.................................................................................................................................................. 50 2.3. HIDROGRAFÍA ................................................................................................................................... 52 2.4. VEGETACIÓN ..................................................................................................................................... 54 2.5. GEOLOGÍA Y SUELOS....................................................................................................................... 55
2.5.1. Una microcuenca influenciada por el vulcanismo ........................................................................ 55 2.5.2. Evidencias de vulcanismo reciente................................................................................................ 58 2.5.3. La pedogénesis en un ambiente volcánico..................................................................................... 61
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CAPÍTULO 3: EL COMPORTAMIENTO DE LAS VARIABLES AMBIENTALES DENTRO DE UNA ZONA EN EQUILIBRIO: CARACTERIZACIÓN ESPECÍFICA DE LA MICROCUENCA DEL RÍO SAN LORENCITO..............................................63
3.1. INTRODUCCIÓN................................................................................................................................. 63 3.2. EL CLIMA DE LA MICROCUENCA.................................................................................................. 63 3.3. HIDROGRAFÍA ................................................................................................................................... 65
3.3.1. Relación precipitación – caudal en la cuenca alta del río San Lorencito..................................... 67 3.3.2. Relación precipitación – caudal en eventos lluviosos ................................................................... 68 3.3.3. La precipitación dentro del bosque ............................................................................................... 72 3.3.4. Tiempos de concentración............................................................................................................. 74 3.3.5. Primeras depositaciones de material: el lecho del río San Lorencito........................................... 75 3.3.6. Morfoscopía de los cuarzos........................................................................................................... 77
3.3. VEGETACIÓN ..................................................................................................................................... 79 3.3.1. La vegetación regula sus procesos de la mano con el clima......................................................... 79 3.3.2. Fisonomía y estructura de la vegetación en la microcuenca del río San Lorencito...................... 81 3.3.3. Especies Representativas............................................................................................................... 84
3.4. CARACTERIZACIÓN BIOFÍSICA DE LA MICROCUENCA........................................................... 86 3.4.1. Una microcuenca muy activa ........................................................................................................ 86 3.4.2. Caracterización superficial de la microcuenca del río San Lorencito: un legado de la actividad volcánica. ................................................................................................................................................ 90 3.4.3. Tipo de suelo ............................................................................................................................... 102
CAPÍTULO 4: COMPRENDIENDO LA DINÁMICA EROSIVA DEL BOSQUE: APLICACIÓN DE UN MODELADO HIDROLÓGICO EN LA MICROCUENCA DEL RÍO SAN LORENCITO .........................................................................................104
4.1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................................... 104 4.2. DECRIPCIÓN, JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LOS ESCENARIOS............................... 105 4.3. RESULTADOS................................................................................................................................... 106
4.3.1. Simulación de Caudales .............................................................................................................. 107 4.3.2. Simulación de carga de sedimentos............................................................................................. 113
4.4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS....................................................................................................... 119 CAPÍTULO 5. HACIA UN MAYOR Y MEJOR ENTENDIMIENTO DE LAS RELACIONES NATURALES Y SUS POSIBLES IMPACTOS MEDIANTE MODELOS HIDROLÓGICOS.......................................................................................124
5.1. CONCLUSIONES............................................................................................................................... 124 5.2. RECOMENDACIONES ..................................................................................................................... 127
BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................................130
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LISTA DE FIGURAS Figura 1: Vector de la aceleración gravitatoria respecto a un paralelogramo en pendiente.
Figura 2: Erosión por impacto de las gotas de agua.
Figura 3: Procesos que ocurren en el interfaz del suelo durante y después de una lluvia.
Figura 4. Diagrama de Flujo para la Escorrentía Superficial.
Figura 5: Representación del modelo KINEROS.
Figura 6: Zona de obtención de muestras de suelo y del lecho del río.
Figura 7: Ubicación de la RBAMB y la microcuenca del río San Lorencito.
Figura 8: Área de Estudio. Elaboración Propia
Figura 9: Régimen de precipitación y temperaturas en la RBAMB y sus alrededores.
Figura 10: Red Fluvial de la RBAMB y alrededores. Figura 11: Piemonte Oriental de la Cordillera Volcánica de Tilarán.
Figura 12: Precipitación (mm) en la cuenca del río San Lorencito para el año 1994.
Figura 13: Red de drenaje dentro del área de estudio.
Figura 14: Modelo digital de terreno de la microcuenca alta del río San Lorencito
Figura 15: Relación entre la precipitación (mm) y el caudal (mm/h). 10-06-2006.
Figura 16: Relación entre la precipitación (mm) y el caudal (mm/h). 11-06-2006.
Figura 17: Relación entre la precipitación (mm) y el caudal (mm/h). 03-11-2006.
Figura 18: Relación entre la precipitación (mm) y el caudal (mm/h). 21-07-2007.
Figura 19: Análisis granulométrico de los depósitos del río San Lorencito.
Figura 20: Relación porcentual de la esfericidad desde el punto de aforo hasta la naciente.
Figura 21: Diagrama de cobertura de las parcelas 1, 2 y 3 realizadas a lo largo del ascenso en el
sendero Pájaro Sombrilla.
Figura 22: Diagrama de gambas.
Figura 23: Mapa de pendientes de la microcuenca del río San Lorencito.
Figura 24: Zonificación del área de estudio según topografía y ubicación de sus laderas.
Figura 25: Calicata en la ladera A.
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Figura 26: Calicata en la ladera B.
Figura 27: Textura general del suelo en la microcuenca del río San Lorencito, así como de las
zonas altas y de las laderas.
Figura 28: Caudales observados y simulados para el 10-06-2006.
Figura 29: Caudales observados y simulados para el 21-7-2007.
Figura 30: Caudales observados y simulados para el 29-5-2008 (Tormenta tropical ALMA).
Figura 31: Sedimentos simulados para el 10-6-2006.
Figura 32: Sedimentos simulados para el 21-7-2007.
Figura 33: Sedimentos observados y simulados para el 29-5-2008 (Tormenta tropical ALMA).
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LISTA DE CUADROS
Cuadro 1. Riesgos de erosión laminar de acuerdo a las perdidas de suelo propuestas por la
FAO.
Cuadro 2. Tasas de erosividad (Ton/ha) según actividad en varios países del mundo.
Cuadro 3: Valores del coeficiente de escorrentía k para diferentes superficies.
Cuadro 4: Valores del coeficiente de retardo cr, en función a la superficie.
Cuadro 5: Datos morfológicos importantes de la RBAMB.
Cuadro 6: Efecto de la cobertura vegetal sobre la precipitación
Cuadro 7: Tiempos de concentración para cada evento en suelos húmedos y secos.
Cuadro 8: Otras especies representativas de la RBAMB
Cuadro 9: Relación entre la Materia Orgánica del suelo y su pH.
Cuadro 10: Simbología para los caudales modelados por KINEROS.
Cuadro 11: Calidad de la calibración según coeficiente de Nash-Sutcliffe
Cuadro 12: Cantidad de sedimentos durante el evento del 10-6-2006 para cada escenario.
Cuadro 13: Cantidad de sedimentos durante el evento del 21-7-2007 para cada escenario.
Cuadro 14: Cantidad de sedimentos durante el evento del 29-5-2008 (Tormenta tropical
ALMA) para cada escenario.
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LISTA DE FOTOGRAFÍAS
Foto 1: Estación Biológica Rodolfo Ortíz
Foto 2: Flujo matricial.
Foto 3: Flujo de caño.
Foto 4: Pluviómetro bajo cobertura vegetal
Foto 5: Extracción de una muestra de suelo
Foto 6: Lavas basálticas a la orilla del río San Lorencito
Foto 7: Coladas de lava en las márgenes del río San Lorencito
Foto 8: Depósitos de lahares sobre coladas de lava preexistentes.
Foto 9: Río San Lorencito.
Foto 10: Flor que produce la especie Passiflora tica.
Foto 11: Ilita / caolinita observada cerca de la naciente del río San Lorencito.
Foto 12: Movimientos en masa dentro de la microcuenca.
Foto 13: Reptación observada en la cima de una de las laderas de la microcuenca.
Foto 14: Roca obtenida del perfil del suelo.
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ABREVIACIONES UTILIZADAS AGWA Evaluación Geoespacial Automatizada de Cuencas CARTA Misión Costarricense Aerotransportada de Investigación y Tecnología
Aplicada CATIE Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza, Costa Rica CENAT Centro Nacional de Alta Tecnología, Costa Rica CSE Centro para la Ciencia y el Medio Ambiente ESRI Instituto de Investigación en Sistemas Ambientales FAO Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura FCE Fondo de Cultura Económica FDEP Departamento de Protección Ambiental de Florida, Estados Unidos GPS Sistema de Posicionamiento Global ICE Instituto Costarricense de Electricidad INETER Instituto Nicaragüense de Estudios Territoriales IPS Instituto de Políticas para la Sostenibilidad, Costa Rica KINEROS Modelo Cinemático de Erosión MAG Ministerio de Agricultura y Ganadería, Costa Rica NASA Agencia Nacional del Aire y el Espacio, Estados Unidos PROIGE Programa de Investigaciones Geográficas, Universidad de Costa Rica RBAMB Reserva Biológica Alberto Manuel Brenes SIG Sistema de Información Geográfica SINAC Sistema Nacional de Áreas de Conservación, Costa Rica UCR Universidad de Costa Rica UNA Universidad Nacional Autónoma de Costa Rica UNED Universidad Estatal a Distancia, Costa Rica UNESCO Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la
Cultura. USDA Departamento de Agricultura de los Estados Unidos USLE Ecuación Universal de la Pérdida de Suelos
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RESUMEN
Los problemas relacionados con la remoción y el transporte de materiales han crecido
exponencialmente en todo el mundo. Se ha determinado que la erosión laminar es la que
más influye sobre el caudal y la carga de sedimentos en los ríos. Las actividades humanas
generan diez veces más erosión que los procesos naturales combinados.
En Costa Rica existen estudios puntuales que caracterizan y explican el comportamiento de
estos procesos en sitios con presencia e interferencia humana. No se ha tratado el tema en
sitios sin interferencia del hombre. Adicionalmente, existe un déficit en la aplicación de
modelos hidrológicos de parte de instituciones o centros de investigación. Éstos pueden ser
de gran ayuda aportando información cuantitativa y además simulando la realidad y
posibles escenarios que podrían generarse.
La mayoría de trabajos de este tipo se han centrado en sitios templados, donde el clima es
totalmente diferente a las zonas tropicales. La erosión natural y sus procesos asociados son
significativamente distintos en el trópico.
Esta investigación se realizó en la microcuenca del río San Lorencito, un sector de 325
hectáreas dentro de la Reserva Biológica Alberto Manuel Brenes, en San Ramón de
Alajuela. Allí se localiza un bosque premontano, primario y en equilibrio; con
características climáticas, pedológicas y topográficas especiales, que solamente
encontramos en un área bajo la máxima categoría de manejo del país.
El estudio se dividió en dos partes. La primera caracteriza como se genera la erosión natural
en un bosque. Se evidenció como el bosque ha desarrollado mecanismos para interceptar
las gotas que precipitan desde el cielo, así como proteger al suelo del impacto de las
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mismas, siendo particularmente efectivo en eventos lluviosos típicos de la zona, reduciendo
su capacidad en eventos atípicos.
La segunda parte fue ejecutada a partir de los datos recolectados tanto en el campo como en
el laboratorio. Se realizó un modelo hidrológico, que en primer lugar estimó el aporte por
erosión para dos eventos registrados. En segundo lugar, se simularon diferentes variaciones
en el uso de la tierra, con los correspondientes cambios en el caudal y el aporte de
sedimentos que esto conllevaría.
Se comprobó que en eventos típicos de lluvia bajo una cobertura boscosa y en equilibrio, la
erosión laminar natural se reduce a la mitad; asimismo, los caudales disminuyen en más de
un 75%. En casos atípicos de lluvia esta reducción es menor pero igualmente significativa,
siendo un 15% y un 30% respectivamente más baja que cuando esta cobertura no está
presente.
Finalmente, la aplicación de escenarios demostró como las posibles modificaciones en el
uso del suelo pueden alterar significativa y negativamente esos valores, resultando en una
mayor pérdida de suelos y un aumento de los caudales, junto con la correspondiente
elevación del riesgo para las actividades que se desarrollan aguas abajo del río.
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Capítulo 1: INTRODUCCIÓN Durante los últimos años los problemas relacionados con la erosión han crecido en todo el
mundo. La erosión fluvial asociada a la agricultura, en especial la erosión laminar y en surcos
pequeños, es la forma de erosión que representa más, significativamente, la producción y carga
de sedimentos en los ríos (Vahrson y Cervantes, 1991).
Este tema ha sido de gran interés a nivel mundial. Una institución que ha generado mucha
investigación es la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación
(FAO) en documentos como Erosión de Suelos en América Latina (1992) o Soil Tillage in
Africa (1993); de igual manera, se ha demostrado que las actividades humanas generan diez
veces más erosión en zonas continentales que todos los procesos naturales combinados
(Wilkinson y McElroy, 2007), lo cual muestra una dimensión de la importancia de este
problema en todo el mundo y el peso que tienen los seres humanos dentro de ese proceso.
Una debilidad que se encuentra en la mayoría de estudios es que fueron realizados en zonas
templadas, donde no encontramos las características climáticas torrenciales que tienen los
países tropicales. Uno de los estudios más completos y en un medio tropical fue llevado a cabo
en La Cuenca (Vertessy y Elsenbeer, 1999), un pequeño sitio de captación en el Amazonas,
donde se modeló la generación del flujo del agua en eventos intensos y tormentosos de lluvia.
En nuestro país, uno de los modelos hidrológicos más completos fue realizado en Monteverde
por parte del hidrólogo holandés Bruijnzeel (2001) y plasmado en el documento Hydrology of
Tropical Montane Cloud Forests: a Reassessment. Este estudio ha sido, probablemente, el más
completo que se haya realizado y publicado en Costa Rica sobre la hidrología de un sitio
particular; el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) ha realizado diferentes estudios en
varias cuencas del país, pero sus resultados casi nunca son publicados como artículos
científicos.
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En la microcuenca del río San Lorencito, ubicada dentro de la reserva biológica Alberto
Manuel Brenes (RBAMB) en el cantón de San Ramón, la erosión natural es significativa y
apreciable, pese a que se da en un medio totalmente en equilibrio (Artavia 2005). La
trascendencia de la zona es interesante para el estudio, ya que es un sitio de recarga para los
ríos que drenan hacia la subvertiente norte, debido a la alta precipitación, las fuertes
pendientes, una vegetación forestal en equilibrio, suelos con influencia volcánica y, lo más
importante, sin evidencia aparente de intervención humana.
Esa combinación de factores hace que el tipo de erosión con mayor impacto sea de tipo
laminar, que escurre rápidamente por las laderas de los cerros arrastrando una cantidad
significativa de material a su paso; lo cual puede observarse en el crecimiento del caudal del
río de manera casi inmediata, así como su aumento en la carga de arrastre en suspensión y
fondo, que propicia un cambio de transparente a café en su coloración, debido a la gran
cantidad de sedimentos que arrastra.
El fenómeno erosivo se puede dar por varias razones de manera natural, aunque la causa
principal de su incremento se debe casi siempre a la intervención humana. Pero, ¿Qué sucede
cuando hay erosión sin que intervenga determinantemente el elemento antrópico?
La intención de esta investigación es, en primer lugar, comprobar de qué manera se da este
fenómeno bajo cobertura vegetal en un bosque muy húmedo premontano en equilibrio y bajo
las características particulares del sitio antes descritas. En segundo lugar, se desea cuantificar
la erosión por medio de un modelado hidrológico, que permita representar las características de
la remoción de material gracias al aporte de los datos recopilados en campo. Finalmente, se
elaboraron escenarios para mostrar las posibles consecuencias que podrían suceder si se da un
uso de la tierra inadecuado en el sitio.
La metodología incluyó la toma de diferentes datos de precipitación, intercepción, caudales y
escorrentía superficial; también se evaluó las características del suelo y la vegetación, tanto en
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campo como en el laboratorio, tomando en cuenta las condiciones geológicas y gemorfológicas
del área de estudio.
Con lo anterior, se logró conocer a fondo las características de la microcuenca del río San
Lorencito y con ello no solo se pudo describir hidrográficamente el sitio, sino que también se
determinó los sitios más vulnerables a la erosión y como se manifiesta dentro de la
microcuenca.
Como ejercicio final, se realizó un modelado de los caudales y la erosión superficial de la
microcuenca en eventos seleccionados y con distintos escenarios naturales, para así concluir
como las características del sitio mitigan el poder erosivo de los agentes externos, en contraste
con otros usos de la tierra presentes en el país.
1.1. PLANTEAMIENTO Y JUSTIFICACION DEL PROBLEMA
La erosión es una dinámica que se estudia a partir de la relación del suelo, la precipitación, la
cobertura vegetal y la pendiente; y que es posible estimar mediante la calibración y aplicación
de un modelo hidrológico en una microcuenca.
El proceso de remoción de materiales ha generado amenazas e inconvenientes en todo el
mundo. Se van a generar graves problemas de producción de alimentos en el sudeste de
Nigeria, Haití, las estribaciones de los Himalayas, el sur de China, Asia Sudoriental y América
Central (Scheer y Yadab, 1997). La perdida de suelos también reduce su calidad, estructura,
estabilidad y fertilidad, como se notó en la provincia de Buenos Aires, Argentina, donde al año
se degradan 200.000 hectáreas de campos para la producción, así como el 35% de su superficie
cultivable (La Nación, 2002).
La lenta pero constante socavación del terreno puede traer como consecuencia problemas para
la infraestructura circundante o generar amenazas para la población, como se observa en el
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estudio de amenazas por erosión hídrica en Nicaragua hecho por el Instituto Nicaragüense de
Estudios Territoriales (INETER, 2005); Viera, Ochoa, Fischler, Marin, y Sauer (1999) también
reflejan en su manual diferentes formas en las que la erosión puede amenazar cultivos y
poblados.
En nuestro país uno de los primeros estudios sobre erosividad fue realizado por Brenes (1976),
donde se reflejaron distintos procesos de remoción en masa en parte de la cuenca del río
Reventazón. Vahrson (1991), generó los primeros mapas que comparan pluviosidad con
erodabilidad y, también, describió de manera general las características de la erosión en Costa
Rica.
Teniendo en cuenta los riesgos anteriores, en Costa Rica al igual que en casi todo el mundo se
han iniciado planes de concientización hacia la sociedad y de políticas ambientales para las
empresas e instituciones. Entre estas iniciativas tenemos la reforestación y los pagos por
servicios ambientales, que son subsidios que da el estado para quienes voluntariamente quieran
mantener sus tierras bajo algún régimen de protección.
Los servicios ambientales se definen como funciones reguladoras de los ecosistemas naturales
y agrosistemas que inciden en el mejoramiento del medio ambiente y la calidad de vida de la
población (Ortiz, Sage y Borge, 2003), se han insertado con bastante éxito en la planificación
de proyectos a futuro.
Una institución pionera en este tipo de políticas es el ICE, que en el artículo 2 del acta de
sesión 5388 aprobó su política ambiental, la cual dice: “El ICE planifica y ejecuta sus
actividades con fundamento en el principio de desarrollo sostenible; su gestión se realiza con
una actitud de conservación, protección, recuperación y uso responsable del medio ambiente”.
Con estas iniciativas se busca reducir la pobreza en sitios rurales y con ello dar alternativas
para el desarrollo y el mejoramiento de la calidad de vida en estos lugares, tal y como se
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explica en el articulo de Impacto del programa de Pago de Servicios Ambientales como medio
de reducción de la pobreza en los medios rurales (Ortiz, Sage y Borge, 2003).
Organizaciones a nivel mundial, como la Organización de las Naciones Unidas para la
Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO), han reconocido la aplicación de un modelo de
conservación en países subdesarrollados como una herramienta útil para erradicar la pobreza
(Vargas, 2007).
Se ha llegado a pensar que con estas iniciativas se iban a solventar completamente los
problemas causados por la erosión, lo cual es incorrecto. La realidad es que la erosión es un
fenómeno que nunca será superado, puesto que hay remoción y movimiento de materiales aun
bajo “condiciones propicias”. En futuros proyectos de diversa índole la erosión siempre debe
ser tomada en cuenta, sin dejar de lado las medidas que contribuyan a reducirla lo más posible.
Bajo esa premisa, éste trabajo podrá ser utilizado en la planificación de proyectos que se
desarrollan aguas abajo, por ejemplo la central hidroeléctrica del consorcio
CONELECTRICAS R.L., que aprovecha el invaluable potencial hídrico del río San Lorenzo
(del cual el San Lorencito es afluente), y donde las Cooperativas creyeron conveniente iniciar
su experiencia en el desarrollo de proyectos de generación eléctrica, por ser una forma de
contribuir con las necesidades del país en esa área y mejorar a su vez la autosuficiencia
energética y la consolidación económica de las cooperativas de electrificación rural
(COOPEGUANACASTE, 2007).
Para disminuir la erosión es importante realizar un estudio que compruebe que lo que se afirma
anteriormente es cierto; adicionalmente se debe caracterizar cuantitativa y cualitativamente la
erosión natural, para que más adelante sea posible empezar a trabajar en el manejo de los flujos
erosivos. Este trabajo genera un insumo con datos, resultados y proyecciones, para que el
público en general observe y comprenda como interactúan los diferentes factores naturales en
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su formación y, así poder planificar los diferentes proyectos reduciendo sus impactos a la
mínima expresión.
La RBAMB es un sitio ideal para hacer este estudio dadas sus características climáticas,
naturales y morfológicas (cobertura total de bosque, precipitación abundante, erosión y
escorrentía con rápidos tiempos de respuesta, así como fuertes pendientes), aunado a su
condición de área protegida bajo la máxima categoría de manejo del país, lo cual hace
prácticamente nula la intervención del ser humano. La única excepción es la estación biológica
Rodolfo Ortiz, que se encuentra rodeada por el bosque circundante (Foto 1).
Foto 1: La estación Biológica Rodolfo Ortiz es la única alteración que se le ha hecho al bosque de la microcuenca. Foto del autor.
Al observar la falta de trabajos previos de este tipo en el lugar, surge la inquietud de generar
esta clase de información, ya que la erosión en un área donde la biota se encuentra en
equilibrio es un excelente indicador de los procesos naturales en zonas tropicales.
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Adicionalmente, es muy importante la validación, tanto en campo como en el laboratorio, de la
metodología utilizada en este trabajo, ya que se podrán identificar errores y virtudes de la
misma y, a partir de allí corregir y / o mejorar esta metodología tanto en el estudio mismo
como para futuros trabajos que requieran metodologías similares o parecidas. De los puntos
que más interesan al autor es el hecho de que el sitio sea una reserva protegida patrimonio del
estado, por lo que el beneficiado será, precisamente, el mismo estado costarricense y, por lo
tanto, sus ciudadanos.
Pese a la trascendencia geográfica de este estudio, es importante mencionar que el trabajo
presentó varias limitaciones, como lo son:
• La falta de equipo avanzado, con lo cual se obtienen datos menos precisos que si
hubiera equipo electrónico.
• La dificultad del terreno montañoso y su acceso.
• La imposibilidad de hacer las mediciones en ambos lados del San Lorencito, por
razones de seguridad, dadas las rápidas y grandes crecidas en el caudal del río.
• La caracterización de toda la microcuenca a través de un modelo hidrológico; lo cual
implica escoger los sitios y datos más representativos, aunque éstos no podrán describir
la totalidad de la cuenca.
Sin embargo, la premisa de este estudio es que los diferentes actores comprendan como la
conservación de sitios claves pueden contribuir al manejo y la reducción de la erosión; así
como ejemplificar la importancia de los modelos computacionales para la predicción y
caracterización de diferentes fenómenos (tanto naturales como antrópicos) al observar
diferentes escenarios sin que estos tengan necesariamente que suceder, con lo que se pueden
optimizar los recursos y disminuir los posibles riesgos y amenazas.
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1.2. MARCO CONCEPTUAL
1.2.1. El desarrollo de la geografía y su relación con la erosión
La erosión forma parte de un proceso dentro de la naturaleza, por el cual se ha formado gran
parte del relieve terrestre que conocemos hoy en día. Al ser precisamente el espacio donde se
reflejan la mayoría de manifestaciones naturales y humanas, es simplemente impensado que el
relieve quede fuera del ámbito de la geografía; al contrario, esta disciplina lo ha sabido ver
como el soporte de su más importante y amplio objeto de estudio: El paisaje geográfico. Para
poder entender este objeto de estudio, se debe tener claro como se llegó a él.
La morfología actual del la superficie de La Tierra es producto de varias y prolongadas
modificaciones que se han dado desde que ésta se formó. Esas transformaciones en la
topografía, que inicialmente fueron configurados mediante procesos internos (como el
vulcanismo y el tectonismo) y externos (como la meteorización, y la erosión) son el objeto de
una de las más importantes ramas de la geografía física: la geomorfología (Brenes, 1976).
Esta disciplina se define como la descripción y explicación física de la tierra y la superficie
terrestre (Ortega, 2000), y es crucial a la hora de concebir el fenómeno erosivo y sus
características.
Gracias a las contribuciones hechas por la disciplina geológica y, posteriormente, la
topográfica, fue que la geomorfología fue tomando importancia dentro de la geografía física
para constituirse en una de sus disciplinas más importantes, aportando la descripción de la
forma dinámica del espacio.
La geología hizo a fines del siglo XVIII e inicios del XIX, grandes avances en aspectos
teóricos, conceptuales, metodológicos y, a partir de allí, cartográficos, que allanaron tanto la
aparición como el desarrollo de la geomorfología. La geología se centraba en antiguos y
grandes movimientos tectónicos, mientras que la geomorfología inició sus estudios con la
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vinculación de las formas del terreno a partir de la explicación de los grandes procesos de la
geodinámica interna y externa de la litosfera.
En el último cuarto del siglo XIX se dan los destacados trabajos de Penck y Peschel, alemanes,
donde se establece el vinculo entre relieve, los cursos de agua, el hielo, la acción marina, los
volcanes y otros (Ortega, 2000). Esto dió origen a las dos orientaciones de la geomorfología, la
que se enfoca en las formas del relieve y los procesos erosivos, clásico de la escuela alemana,
y una más teórica y deductiva, que pretendía explicar la evolución del relieve cíclico universal,
la cual estaba del otro lado del océano, en las escuelas norteamericanas.
Entre los representantes estadounidenses destaca el astrónomo W. Morris Davis, quien fue
profesor de geografía física en la Universidad de Harvard, y es considerado el padre de la
geomorfología moderna luego de haber propuesto un esquema teórico para la interpretación de
la evolución del relieve terrestre, el cual estaba asociado a lo que él llamó el ciclo de la
erosión; proceso que estaba ante todo vinculado a la acción hídrica y los procesos atmosféricos
como principales agentes erosivos. Esta teoría fue durante varias décadas, el principal marco
teórico de la geomorfología.
Entrada la segunda mitad del siglo pasado, se empieza a desarrollar una geomorfología que
valora la influencia del clima en los procesos del modelado del relieve. Esta va a ser esbozada
por A. Cholley, geomorfólogo francés, quien elabora los términos sistema de erosión y sistema
morfogenético. Estos dos términos se unen a los previamente acuñados morfogénesis y
proceso morfogenético para terminar de formar la geomorfología climática y con ello la gran
contribución de la escuela francesa, que se enriqueció de numerosos estudios empíricos que se
realizaron en sus colonias africanas, y donde destaca J. Tricart con su obra de tres tomos
Compendio de geomorfología (1968).
Los trabajos de este autor han logrado caracterizar y conceptualizar en gran medida como se
genera y refleja la erosión en el medio tropical y, particularmente, bajo cobertura boscosa,
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como en la microcuenca de estudio; tema que será abordado más adelante. Las investigaciones
de Tricart han generado libros relacionados con el tema como: Introducción a la geomorfología
climática (1972), Las formas del terreno de los trópicos húmedos, bosques y sabanas (1972),
Geomorfología aplicable (1978) y La eco-geografía y la ordenación del medio natural (1982).
Los pensamientos franceses empiezan a acercarse lentamente a las escuelas anglosajonas,
donde prima una cultura científica que busca resultados mediante la experimentación y el
laboratorio, analizándose sobretodo los procesos que modelan el paisaje de la superficie
terrestre (Strahler, 1969), en detrimento de la visión global de relieve que había en Francia.
En los últimos tiempos, la geomorfología se ha visto enriquecida por los avances en las
ciencias naturales y disciplinas afines como la hidrología, la climatología y la biogeografía
entre otros. Con ello es posible hacer estudios más integrales y que colaboren a desarrollar,
entre ellos, a la geografía física y, de manera final, a toda la ciencia geográfica.
Al ser un hecho que se registra en todo el mundo, en las capas superficiales del suelo, de
manera espacial y temporal, y ante todo, que afecta directamente al ser humano y el medio
ambiente, la erosión tiene una relación estrecha con geografía. Así, esta disciplina puede
estudiar este fenómeno, ayudar a caracterizarlo y, finalmente, brindar elementos para lograr un
manejo adecuado que reduzca sus efectos a su mínima expresión.
1.2.2. Conceptos y generalidades del fenómeno erosivo
El término erosión se utiliza normalmente para definir procesos de remoción de materiales en
pendientes especificas o partes de ellas, mientras que el termino denudación es utilizado
cuando nos referimos a los mismos movimientos pero en áreas más grandes (Ahnert, 1998).
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Es importante diferenciar la erosión de la meteorización; la primera implica una disgregación
gracias al agua, viento o hielo, mientras que la segunda se manifiesta in situ, y por ende no hay
movimiento.
La erosión se encuentra entre los procesos de remoción en masa, que a su vez degradan la
corteza terrestre, puesto que se dan hacia abajo (Brenes, 1976). Están también directamente
relacionados con la fuerza de gravedad al tratarse de rocas o material proveniente de éstas.
La gravedad está en función del ángulo de la pendiente (α); hay un vector paralelo a la
pendiente (ד) y otro que también esta dirigido hacia abajo, solo que de manera perpendicular a
la superficie de la pendiente (σ). Los vectores σ y ד marcan los lados del paralelogramo (en
este caso, el material) resultante es g (Figura 1). Percibiendo la erosión laminar, es el agua
quien transporta este material pendiente abajo, haciendo aún más rápido el proceso erosivo.
La estabilidad de una pendiente depende básicamente de dos variables:
1. Las propiedades del material: cohesión, densidad y ángulo de fricción interna.
2. Las características geométricas: el ángulo de la pendiente y la altura relativa de la
misma (esto es, la diferencia de alturas entre la cima y la base de la pendiente).
Figura 1: Vector de la aceleración gravitatoria respecto a un paralelogramo en una pendiente.
La altura crítica de una pendiente es un valor que, cuando es excedido, bajo ciertas condiciones
de cohesión, densidad, fricción interna y ángulo de la pendiente lleva a la inestabilidad, por
σ
g
m
ד
α
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ejemplo, deslizamientos (Carson, 1971). Longwell y Flint (1965) afirman que: “cuanto más
empinada es la pendiente de una superficie, mayor es la tendencia a deslizarse por acción de la
gravedad”. Por ello encontramos las propiedades más adecuadas para el movimiento de los
materiales en las pendientes mayores (Brenes, 1976).
La pérdida de suelo puede ser catalogada dependiendo del riesgo que presente; la FAO
clasificó estos riesgos en: normal, ligero, moderado, severo, muy severo y catastrófico (Cuadro
1).
La erosión natural se refiere a la que se genera en ausencia de influencia humana para su
proceso; no debe confundirse con los agentes naturales de la erosión, como la gravedad,
disgregación del material, el transporte, etc.; y se ha dado desde que el planeta se originó,
siendo el principal agente en el modelado terrestre.
Excepto por algunos casos en la costa y la erosión que genera el agua en los lechos de los ríos,
éste proceso ocurre de manera uniforme, y es un factor vital en mantener el balance ambiental.
En los Estados Unidos, la erosión natural genera cerca del 30% de todos los sedimentos
(FDEP, 2006).
Cuadro 1. Riesgos de erosión laminar de acuerdo a las perdidas de suelo propuestas por la FAO
Grado Perdida de Suelo
(Ton/ha año)
Riesgo de Erosión
1 <0.5 Normal
2 0.5 – 5.0 Ligera
3 5.0 – 15 Moderada
4 15 – 50 Severa
5 50 – 200 Muy Severa
6 > 200 Catastrófica Fuente: FAO (1980)
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En ausencia del ser humano, la cantidad de material que se pierde es mucho menor a los
valores actuales, como puede apreciarse en los resultados obtenidos por diversos autores que
cuantificaron la erosión natural en sitios de cultivos y en suelo desnudo en diferentes países del
mundo (Cuadro 2).
Cuadro 2: Tasas de erosión (Ton/ha) según actividad en varios países del mundo.
Natural Zonas Cultivadas Suelo Desnudo
China 0.1 – 2 150 – 200 280 – 360
Estados Unidos 0.03 – 3 5 – 170 4 – 9
Australia 0.0 – 64 0.1 – 150 44 – 87
Costa de Marfil 0.03 – 0.2 0.1 – 90 10 - 750
Nigeria 0.5 – 1 0.1 – 35 3 – 150
India 0.5 – 5 0.3 – 40 10 – 185
Etiopia 1 – 5 8 – 42 5 – 70
Bélgica 0.1 – 0.5 3 – 30 7 – 82
Reino Unido 0.1 – 0.5 0.1 – 20 10 – 200 Elaboración propia en base a Browning, Norton, McCall y Bell ( 1948), Roose (1971), Fournier (1972), Lal (1976), Bolline (1978), Jiang,
Qi y Tan (1981), Singh, Babu y Chandra (1981), Morgan (1985), Boardman (1990), Edwards (1993), Hurni (1993).
Tricart y Cailleux (1972) explican en su estudio que, el clima juega un papel muy importante
en este proceso, ya que luego de comparar relieves formados por rocas similares pero sujetas a
diferentes climas, se observó una diferencia entre ellos.
Como se ha observa, la erosión es parte de un proceso que requiere de diferentes variables
físicas y espaciales para que ocurra; pero se debe hacer notar que en los últimos siglos la
acción del ser humano ha potenciado este fenómeno para llevarlo a niveles nunca antes vistos,
generando 10 veces más erosión en zonas continentales que todos los procesos naturales
combinados (Wilkinson y McElroy, 2007).
Aunque este trabajo no tome en cuenta la variable antrópica dado su objeto de estudio, ésta no
debe ser olvidada ni desestimada cuando se hable de este tipo de procesos.
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La mayor parte del conocimiento que tenemos sobre los mecanismos de erosión de suelos y
sus correspondientes valores es gracias al Servicio de Conservación de Suelos (SCS) de los
Estados Unidos (Duque y Escobar, 1998). El SCS desarrollo una ecuación de estimación de la
erosión como producto de una serie de términos como precipitación pluvial, grado y longitud
de la pendiente, así como factores edáficos y agrológicos; su nombre es la USLE (Wischmeier
y Smith, 1978). Esta ecuación es empírica, fue creada para el oeste de los Estados Unidos,
razón por la cual no puede ser utilizada en los trópicos sin una amplia calibración (Stocking,
1987).
En nuestro país, hace algunas décadas se vienen aumentando los esfuerzos para estudiar este
fenómeno. La razón de ello es la necesidad, en un principio solamente desde la agricultura y
ganadería, de estudiar la degradación que se da en los suelos. En los últimos años, la erosión se
ha empezado a ver como un problema mayor, y que desde su origen puede llegar a ser muy
perjudicial para cultivos, personas, ecosistemas, animales y estructuras.
La mayoría de estudios sobre erosión han sido generados por dos de las universidades estatales
la UCR y la UNA, mediante sus Escuelas de Geografía e Ingeniería Civil: así como el CATIE.
Muchos de estos estudios se han concentrado en sitios particulares, como una parte de la
cuenca del río Reventazón (Brenes, 1976), aunque podemos destacar el estudio de Vahrson y
Cervantes (1991), en donde se buscaron relaciones muy generales, pero igualmente
importantes para definir los sitios de erodabilidad en Costa Rica: “El rango de la erosión
muestra valores bajos en altitud mayores a 2000 m.s.n.m., valores altos en zonas costeras y
zonas con alta precipitación anual y una alta variabilidad donde existen varias diferencias
microclimaticas”.
Destacados también han sido los aportes de Gutiérrez (1987), Cortés y Oconitrillo (1987),
Hernández (1991), Solano y Acuña (1993), Ureña (1999), Borbón (2000) y Gómez Delgado
(2002) entre otros.
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1.2.3. La erosión en zonas tropicales
En los trópicos el mayor agente erosivo es la acción hídrica; y uno de sus principales factores
es el impacto de las gotas de lluvia (Figura 2), que generan el desprendimiento por salpicadura,
compactan el suelo, reducen la infiltración y aumentan la escorrentía (Duque y Escobar, 1998).
Las zonas tropicales, por sus características ante todo climáticas, son muy diferentes. Williams
(1969) señaló que la erosión depende del momentum de la caída de las gotas (una función de la
masa y velocidad de la misma), lo cual esta estrechamente relacionado con la intensidad de la
lluvia; y dada la gran cantidad de lluvias que azotan estas zonas, con eventos muchas veces
torrenciales y de larga duración, éstas se vuelven agentes muy poderosos en la remoción de
materiales. Sumando lo anterior a suelos generalmente poco desarrollados y pendientes fuertes,
entendemos por que en estas regiones el proceso erosivo es mayor que en otras latitudes del
planeta.
Figura 2: Erosión por impacto de las gotas de agua.
En una pendiente las partículas de suelo removidas por el impacto de las gotas de agua viajan mucho más lejos hacia abajo que hacia
arriba. El resultado es un desplazamiento generalizado pendiente abajo. Tomado de: Tricart y Cailleux, 1972, pag. 67.
Sustentado en lo anterior, Lal (1995) explica que “una erosión hídrica severa se extiende en
las regiones húmedas del sureste de Asia, Incluyendo a Burma, Malasia e Indonesia; varias
islas en el pacifico y Oceanía; esto junto a los sitios montañosos de América Central,
incluyendo el sureste de México, Honduras, Nicaragua y Costa Rica, al igual que las regiones
más quebradas de la cuenca del Amazonas”.
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1.2.4. Relación entre la erosión laminar y las variables consideradas
1.2.4.1. El Agua
En el orden de ejecutar una investigación basada en diferentes variables como generadoras del
fenómeno erosivo, se debe mencionar y aclarar como éstas se relacionan entre sí; con lo que se
facilita la comprensión de los resultados y las conclusiones.
El principal insumo hídrico es la lluvia; y al realizar mediciones se distingue entre la
precipitación libre y la precipitación efectiva. La primera de ellas es la cantidad total de agua
que cae en un sitio determinado y en un tiempo determinado. Este tipo de lluvia no tiene
ningún obstáculo que le impida ser medida.
La precipitación efectiva es la cantidad de precipitación que llega a la superficie del suelo bajo
cobertura vegetal, luego de que ha sido interceptada por la misma. Generalmente es menor que
la precipitación libre, ya que la misma cobertura vegetal toma parte de esta agua para su
consumo y también mucha de ella desciende por los tallos y troncos de las plantas y árboles.
En algunas ocasiones la precipitación efectiva es mayor a la libre, dado que la lluvia en sí
finaliza, pero el agua atrapada en las hojas y árboles seguirá cayendo por un tiempo.
La relación entre la precipitación y la escorrentía es directa y comprensible (Figura 3); se
sustenta en el hecho de que el suelo se sature y no pueda absorber más agua, por lo cual tiene
que escurrir mediante un flujo superficial. Maidment (1993) nos describe tres tipos de flujo:
escorrentía superficial, subsuperficial e infiltración.
En el primer apartado tenemos por un lado el flujo superficial hortoniano (Horton, 1933), que
se genera cuando la intensidad de la lluvia excede la capacidad de infiltración del suelo. En
segundo lugar, tenemos el flujo superficial saturado, el cual ocurre cuando, en una parte de la
cuenca de drenaje, el horizonte superficial del suelo se satura ya sea como resultado de la
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creación de una zona saturada sobre un horizonte del suelo con una conductividad hidráulica
más baja o el ascenso de una tabla de agua poco profunda hacia la superficie.
Esto se da generalmente en las áreas más bajas de los valles, aunque en algunas ocasiones
también ocurre en las cimas de cerros donde el horizonte superior del suelo es muy delgado
(Pilgrim, Cordery y Baron, 1982).
Precipitación
Flujo Subsuperficial (vertical y lateral)
Infiltración Escorrentía Superficial
Flujo Matricial
Flujo Hortoniano
Flujo Superficial Saturado
Figura 3.
La acción de la es
terrosos, y al mism
tamaño y forma so
de lluvia y los dif
(Cadenas de Llano
Existen dos tipos
flujo de caño (pip
agua por el perfil
Según Kirkby (19
Flujo deCaño
Procesos que ocurren en el interfaz del suelo durante y después de una lluvia. Elaboración Propia.
correntía se manifiesta entonces en un doble aspecto: disgrega los elementos
o tiempo transporta a otros lugares aquellas partículas de tierra que por su
n susceptibles de arrastre. Esta labor, juntamente con el impacto de las gotas
erentes procesos de meteorización, constituye la primera fase de la erosión
, 1968).
de flujo subsuperficial: el flujo matricial (throughflow o matrix flow) y el
e flow o macropore flow). El flujo matricial es el movimiento uniforme del
del suelo a través de los microporos del mismo (Corvera, 2005) (Foto 2).
79), este movimiento se puede dar en un suelo saturado o insaturado.
- 17 -
Foto 2: Flujo matricial. Tomado de: education.geo.uu.nl/mschydrology/groot/10103_02.jpg
Cuando hay saturación, el flujo se da lentamente y de manera lineal, a través del perfil, ya que
la tabla de agua se encuentra casi al nivel de la superficie. En caso de que el suelo no esté
saturado, el flujo hídrico es mucho más rápido y de tipo laminar a través de los poros del suelo,
sin llegar a zonas más profundas (si fuera así se estaría en presencia de infiltración) y
desciende por este perfil hasta llegar hasta el canal de desagüe respectivo (ríos, quebradas,
etc.).
El flujo de caño se da cuando se forman macroporos, que son más grandes que los poros
capilares de la matriz, en el subsuelo y que terminan formando una especie de pequeños
canales dentro del mismo (Foto 3). El agua en este caso fluye de manera turbulenta hasta llegar
al canal principal de desagüe (Kirkby, 1979).
En otras ocasiones, el flujo de caño se presenta cuando el agua se infiltra en el suelo y percola
rápidamente, generalmente mediante macroporos (como grietas y/o huecos hechos por las
raíces o animales), para luego moverse de manera lateral hacia una zona temporalmente
saturada, que por lo general posee una capa de baja conductividad hidráulica. El agua llega a
- 18 -
un canal rápidamente y difiere de otros subsuperficiales por la rapidez de su respuesta y su
relativa gran magnitud.
Foto 3: Flujo de caño. Tomado de: www.lamanana.com.ar/imagenes/erosion.jpg
La infiltración es el movimiento del agua de la superficie hacia el interior del suelo; y dentro
de este proceso se pueden identificar tres fases: intercambio, transmisión y circulación
(Mederey, 2005).
Una variable muy importante es la capacidad de infiltración, que es la máxima cantidad de
agua que un suelo puede absorber por unidad de superficie horizontal y por unidad de tiempo.
Ésta depende de varios factores como: el tipo de suelo, el grado de humedad del suelo, la
presencia de sustancias coloidales, la acción de la precipitación sobre el suelo, la cubierta
vegetal, la acción del hombre y la temperatura. En la RBAMB la capacidad de infiltración en
las cumbres de los cerros es catalogada por Artavia (2005) como muy alta; aunque, pese a ello,
la precipitación llega a superarla y luego inicia el escurrimiento.
La precipitación y la posterior escorrentía llegarán eventualmente al caudal del río, por donde
se evacua tanto el agua como los materiales removidos de las laderas. Así, si una lluvia se
- 19 -
diera de manera constante sobre una superficie impermeable, la escorrentía de esta superficie
eventualmente llegaría a tener una tasa igual a la de la precipitación; el tiempo necesario para
llegar a este equilibrio es el tiempo de concentración (Linsley y Franzini, 1955); en otras
palabras, es el tiempo que toma una gota de agua que cae en la parte más alta de la cuenca en
llegar al sitio de aforo.
Este dato es importante ya que en el sitio de estudio, no se tiene una superficie impermeable,
por el contrario, la superficie es bastante permeable en comparación con otros sitios por la
cantidad de raíces de árboles y plantas, además de un suelo bastante protegido.
Izzard (1946) elaboró una formula para deducir el tiempo de concentración (tc) en cuencas
hidrográficas de pequeño tamaño, sin una red hidrográfica definida y con escorrentía laminar
en su superficie; características semejantes a las de la microcuenca de estudio. La formula es la
siguiente:
Donde tc se da en minutos, L representa la longitud en metros del escurrimiento en superficie
(en este caso, el cauce del lecho principal); i equivale a la intensidad de la precipitación en
mm/h, mientras que k es el coeficiente de escurrimiento (Cuadro 3). Finalmente, b es un
coeficiente que se obtiene a partir de la siguiente ecuación:
- 20 -
Cuadro 3: Valores del coeficiente de escorrentía k para diferentes superficies.
Utilización de la superficie Valor de k
Urbano – Casas individuales 0.30
Urbano – Condominio/Residencial 0.50
Comercio / Industria 0.90
Bosques (dependiendo del suelo) 0.05 – 0.20
Parques, tierras de labranza, pastos 0.05 – 0.30
Carretera de asfalto o concreto 0.85 Tomado de: Linsley y Franzini, 1955. Pág. 38.
En donde cr representa el coeficiente de retardo, el cual se obtiene del cuadro 4, y S refleja la
pendiente de la superficie, que es igual a la longitud en metros entre la diferencia entre la
mayor y la menor altitud del sitio, también en metros.
Cuadro 4: Valores del coeficiente de retardo cr, en función a la superficie.
Superficie Valor de cr
Asfalto liso 0.007
Concreto 0.012
Grava 0.017
Suelo limpio y sin vegetación 0.046
Vegetación rastrera densa 0.060 Tomado de: Linsley y Franzini, 1955. Pág. 48
Cuando los tiempos de concentración son cortos, hay mayor velocidad y, por ende, mayor
potencial de remoción de material por parte del agua que desciende por las laderas.
1.2.4.2. Los suelos
Tienen una gran relevancia en el fenómeno erosivo puesto que es, precisamente, el material
que se desplaza y provoca la erosión. La cantidad de tierra desplazada por la percusión de las
gotas de lluvia es tanto más grande cuanto más susceptibles sean las partículas a disgregarse y
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la acción del escurrido está condicionada por el poder de infiltración del suelo (Cadenas de
Llano, 1968; Horton, 1933).
Hay características que muestran la capacidad de un suelo de infiltrar o no el agua y, por ende,
generar erosión de tipo laminar; la más importante de ellas es la textura. Ésta influye sobre las
propiedades del suelo y, si bien es cierto, esto no es suficiente para interpretar sus propiedades
físicas, su conocimiento nos indica la tendencia del suelo. Cortés (2002) define tres
situaciones:
1. Los suelos en los cuales dominan las arenas gruesas son suelos filtrantes.
2. Si las arenas gruesas están asociadas a elementos finos, estos tienden a colmatar,
rindiendo un suelo impermeable y pesado.
3. Si, a los elementos finos se le asocian con suficientes arcillas, los elementos se
estructuran de forma tal que el suelo presenta una buena permeabilidad.
La pendiente juega un papel muy importante en el desarrollo de la escorrentía superficial por
una relación directa: a mayor pendiente, mayor velocidad de flujo en superficie y, por lo tanto,
menor infiltración y mayor escorrentía superficial, lo que conlleva a tiempos de concentración
más cortos (Fondo de Cultura Económica –FCE-, 2006).
El plano de la pendiente constituye la superficie sobre la cual un fluido se desplaza buscando
estabilidad en los niveles más bajos. Los dos factores que influyen más significativamente en
el proceso de erosión hídrica son el ángulo que se tenga con respecto a la horizontal y la
longitud de la superficie (Solano y Acuña, 1993).
En el trópico hay otro factor que es dominante a la hora de observar la evolución y dinámica de
los suelos: el clima. Malagón (2003) explica que “las características asociadas con la dinámica
de la materia orgánica y productos húmicos resultantes, están influidas fundamentalmente por
las condiciones climáticas, los diferentes tipos de materiales que originan los suelos y por el
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tiempo de evolución”. Mientras que Aubert y Tavernier (1975) son más específicos al
mencionar que “el clima gobierna la mayor parte de las propiedades clave” en los suelos
tropicales.
Si bien es cierto la pendiente y el clima condicionan la cantidad de material que puede
erodarse, hay más factores que también ayudan a aumentar o disminuir este hecho.
1.2.4.3. Las diferentes influencias de la vegetación
Tricart y Cailleux (1972) afirman que “el efecto filtro (screening effect) de la cobertura vegetal
modifica la intensidad de los agentes del clima y los procesos que éste pone en movimiento;
por ello es vital estudiar la vegetación y sus efectos a la hora de reconocer sitios con mayor o
menor propensión a la erosión.
Tricart (1972) reconoce tres tipos de mecanismos morfogenéticos bajo cobertura forestal:
los deslizamientos y movimientos de masa profundos, la reptación y el escurrimiento
superficial.
La caolinita, una arcilla blanca hidratada, formada por sílices y feldespatos, es vital para
comprender los grandes deslizamientos y movimientos en masa. Se forma a partir de la
alteración de las rocas y, cuando existe una fuerte meteorización, puede no desarrollarse
completamente generando en cambio ilitas, que alcanzan fácilmente su límite de liquidez y
son mecánicamente menos estables (Tricart, 1972). Si se tiene una dotación de agua
semipermanente, además de pendientes pronunciadas, habrá altas probabilidades de
deslizamientos.
La reptación afecta únicamente a la capa superficial del suelo, llegando hasta los 15 cm. de
espesor. Este movimiento provoca un deslizamiento lento hacia las partes bajas de las
vertientes como resultado del hinchamiento de las arcillas a causa de la humedad, la acción
- 23 -
de animales excavadores, el peso de los árboles y los microaplanamientos cuando ésta se
transforma en barro (Tricart, 1972).
Finalmente, el escurrimiento superficial es el principal formador de las vertientes, así como
el más visible de los tres, ya que se presenta distribuido universalmente y actúa de manera
contínua, en respuesta a la precipitación. Este mecanismo fue ampliamente descrito en el
apartado 1.2.5.1. y será retomado más adelante.
Los procesos descritos anteriormente se distancian de lo que nos expresa Cadenas de Llano
(1968): “La cubierta arbórea, cuando constituye masas boscosas, suprime prácticamente la
erosión”.
Esa afirmación es rebatida por varios autores. Thomas (1974) explica que en sitios boscosos el
impacto de las gotas de lluvia puede ser secundario respecto al efecto que tienen los troncos a
la hora de concentrar la lluvia interceptada en sus partes superiores; ya que se puede dar una
erosión localizada al pie de cada tronco y extendiéndose hacia fuera desde ese punto.
Existen teorías donde se dan conclusiones diferentes y complementarias, como que las gotas de
agua que llegan al suelo escurriéndose desde el follaje son, en general, más grandes que las
gotas lluvia y, por tanto, tienen un potencial erosivo mayor (Vis, 1986; Brant, 1988); o que el
goteo desde el ápice de las hojas puede tener un efecto erosivo apreciable acentuándose en la
repetición de impactos sobre el mismo punto (Thomas, 1974).
Teniendo esto en cuenta, es importante mencionar que pese al mayor potencial erosivo de las
gotas que escurren por el follaje, su velocidad de caída es mucho menor que la que llega al
suelo directamente desde las nubes, con lo cual se compensa el punto anterior. Por ello, hay un
tercer factor que se debe tomar en cuenta para determinar la capacidad potencial de la erosión
del suelo en las zonas tropicales: la cobertura de hojarasca (Wiersum, 1985).
- 24 -
La acción protectora de la cubierta vegetal de un bosque se da ante todo por la intercepción de
la precipitación; el agua que cae sobre el follaje de los árboles sin llegar nunca al suelo ya que
se evapora (Cavelier y Goldstein, 1989). Álvarez, Córdoba, Alfaro, Calvo y Espinoza (2004)
establecieron que la cobertura en sitios de la microcuenca del San Lorencito era mayor al 80%.
Un estudio realizado por Bruijnzeel (1990) determinó que el porcentaje de la intercepción en
bosques tropicales de tierras bajas es de un 13%, mientras que en los bosques montanos
tropicales, este llega a un 18%. Se ha demostrado también que mientras el aguacero sea mayor
y más prolongado, menor será la intercepción (Jackson, 1971). El agua de intercepción que
regresa a la atmósfera se clasifica como pérdida.
En la figura 4 se explica como un alto porcentaje de la precipitación puede llegar a la
superficie del suelo de dos maneras: mediante el flujo de follaje y el flujo caulinar. El primero
de ellos es el que llega al suelo a través de los espacios entre las ramas o que se escurre de las
hojas, y representa alrededor de un 82.2% de la precipitación total (Guariguata y Kattan,
2002). El flujo caulinar es el volumen de agua que se escurre por los troncos de los árboles y
retrata aproximadamente el 2% de la lluvia que cae en el sitio (Bruijnzeel, 1990). Éste
volumen de agua que llega al suelo se clasifica como ganancia.
La humedad y la evaporación, también, son muy importantes a la hora de visualizar factores
que permiten la erosión en este tipo de medios. Un estudio realizado por Tricart y Cailleux
(1972) en Vietnam demostró que la evaporación anual en un claro era 2.5 veces mayor que
dentro del bosque, gracias a la mayor acción del sol y menor humedad en campo abierto. Este
antecedente aclara además, que la gran cantidad de agua que ingresa por precipitación dura
más en evaporarse, y, por ende, es más difícil que un suelo saturado deje de estarlo, lo cual
favorece la escorrentía superficial.
- 25 -
PRECIPITACIÓN
Evaporación Transpiración
Figura 4. Diagrama d
Si unimos las variables explicadas
genera la erosión en sitios tropicale
Libre
n
Flujo Caulinar e
Intercepción
Flujo de Follaj
e Flujo pa
, es p
s y, m
a
EfectivEscorrentía Erosión
Infiltracióra la Escorrentía Superficial. Elaboración Propia.
osible hacer una caracterización general de cómo se
ás particularmente, en la RBAMB.
Superficial
- 26 -
1.2.5. Erosión laminar en un medio natural y completamente en equilibrio
Una de las variables con mayor peso para cuantificar la erosión laminar viene a ser la cobertura
forestal, puesto que las áreas con menor velocidad de flujo se observan mayoritariamente en
las cimas de los cerros bajo cobertura forestal (Chaplot, Giboire, Marchand y Valentin, 2005).
La teoría anterior es reforzada en la RBAMB ya que desde el punto de vista hídrico; por la
elevada precipitación, lo fuerte de las pendientes (30-40%) y la densa cobertura vegetal, que
funciona como una esponja y traslada la humedad hacia el subsuelo, la zona es catalogada
como de gran potencial hidroeléctrico (Artavia, 2005). El aumento en la velocidad del flujo, es
por la saturación del suelo, que pese a su mencionada capacidad de infiltración, se ve
sobrepasado por las lluvias y debe escurrir desde las cimas plano-onduladas de los cerros hasta
las zonas bajas por esas fuertes pendientes que aceleran exponencialmente la velocidad de
flujo y, por ende, la capacidad erosiva.
Un hecho importante para tomar en cuenta a la hora de ver la cantidad de agua que llega al
suelo y lo satura es la intercepción de la humedad que traen las nubes por parte del dosel del
bosque.
Bruijnzeel (2004) explica como este tipo de captación de la humedad puede llegar a ser entre
un 5% y un 20% de la precipitación total que cae sobre el bosque e, inclusive, puede llegar a
superar la precipitación que llega al bosque en épocas secas (Vogelmann, 1973; Cavelier y
Goldstein, 1989; Brown, De La Roca, Vallejo, Ford, Casey, Aguilar y Haacker, 1996). Este
fenómeno también hace que el suelo tome más tiempo en reducir la saturación, puesto que
aunque no haya precipitación, siempre hay aporte de humedad. Todo esto favorece la erosión
superficial.
- 27 -
Una de las pocas maneras en las que el suelo se protege es gracias a la cobertura de hojarasca
que se forma sobre éste. Las hojas hacen que el agua escurra por sobre ellas y no remueva
tanto suelo como pasaría si estuviera al descubierto. En ocasiones esta cobertura hace mini-
presas al acumularse en las raíces de los árboles, fenómeno por el cual se da una mayor erosión
en la parte posterior de las mismas ya que el agua de nuevo retoma su efecto erosivo y esta vez
sin obstáculos en su camino.
1.2.6. Un modelo hidrológico como herramienta geográfica para estimar la erosión
Un modelo es la simplificación de la realidad por medio de formas más simples; son
procedimientos que a partir de valores de entradas generan salidas y, por ende, son
instrumentos para la formulación de predicciones a partir de datos iniciales conocidos (Sala y
Batalla, 1996).
La estructura de un modelo es esencialmente un diagrama de flujos que define (Ureña, 1999):
• Un input o entradas de información (imágenes, matrices, mapas, etc.)
• Aplicación de funciones sobre las entradas al sistema (cálculos, funciones u
operaciones).
• Un output o salida de resultados simulados.
El primer modelo hidrológico que se conoce es el modelo de cuenca Stanford (Crawford y
Linsley, 1966), a partir de allí, se han desarrollado varios modelos que utilizan la región
cuenca como unidad espacial para describir varios componentes del ciclo hidrológico.
Los modelos basados específicamente en cuencas tienen cinco componentes básicos: procesos
y características hidrológicas, implementación de datos, ecuaciones, condiciones limitantes e
iniciales y datos de salida (Singh, 1995).
- 28 -
Este tipo de modelado se divide en dos grandes tipos dependiendo de cómo traten el
componente espacial de la hidrológica de la cuenca. Los modelos amontonados (lumped), o
determinísticos, tratan a toda la cuenca como una unidad y no toman en cuenta la variabilidad
espacial de los 5 componentes antes mencionados. Los modelos distribuidos (distributed),
toman en cuenta toda la variabilidad espacial dentro de la cuenca de manera explicita y
resuelve las ecuaciones para cada píxel en una grilla (grid).
Ambos tipos son muy extremos dada la casi nula necesidad de datos en uno y la excesiva del
otro. Por esta razón, generalmente se hacen modelos que tengan características de ambos tipos,
los cuales reciben el nombre de “parcialmente distribuidos” (partially distributed) (Woolhiser,
Smith y Goodrich, 1990).
Estos modelos basados en cuencas representan precisamente ese espacio geográfico, el cual
puede ser visto de manera total o, como en este caso, de manera parcial. Con los diferentes
modelos pueden estimarse y representarse diferentes fenómenos, tanto naturales como
antrópicos, y la respuesta del sitio a ellos. La importancia recae en poder anticipar y modificar
situaciones que suceden o que podrían suceder más adelante, y con ello hacer diferentes
planificaciones en respuesta a situaciones extremas.
1.2.6.1. El modelo hidrológico KINEROS
Al tener seleccionada el área de trabajo, es importante seleccionar entonces el modelo a
utilizar. La opción elegida fue el modelo hidrológico KINEROS, desarrollado en los
Estados Unidos.
El programa KINEROS es un modelo de erosión y escorrentía superficial orientado a eventos
individuales (Woolhiser, et.al., 1990), es decir, precipitaciones desde que inician hasta que
terminan únicamente. Se basa en fenómenos físicos que describen procesos de infiltración,
- 29 -
escorrentía superficial y erosión para pequeñas cuencas, tanto en zonas urbanas como rurales
(USDA, 2007).
KINEROS utiliza una red de cauces y planos para representar la cuenca y el método de onda
cinemática para representar la salida del agua de la cuenca. Es un modelo basado físicamente,
y diseñado para simular la escorrentía y erosión en eventos de tormenta individuales en
cuencas con áreas menores a los 100 km2.
Precipitación Plano del Flujo Superficial Escorrentía
Infiltración Canal Abierto (Río)
Figura 5: Representación del modelo KINEROS. Fuente: USDA
Para representar la cuenca se utilizan una cascada de planos y canales; se utilizan diferentes
ecuaciones para resolver y describir el flujo superficial, el flujo en el río propiamente dicho
y el transporte de erosión y sedimentos.
Entre otras aplicaciones, KINEROS puede ser utilizado para determinar el aporte y la
capacidad de sedimentos dentro de una cuenca, los caudales que se generan ante cada
evento, y como éstos resultados varían ante diferentes usos del suelo; he aquí la gran
importancia para este trabajo (Figura 5).
- 30 -
El desarrollo de KINEROS se hizo para cumplir 4 objetivos básicos:
1. Proveer un método simple, directo y repetible para los parámetros de un modelo
hídrico.
2. Utilizar solo datos básicos en un SIG.
3. Ser compatible con otros programas de análisis geoespacial basados en cuencas.
4. Ser útil.
La capacidad de modelar exclusivamente para eventos es la principal razón por la cual se
eligió KINEROS. Este estudio se cimenta en la obtención de datos antes, durante, y después
de un evento torrencial, por lo que los modelos a largo plazo fueron dejados fuera de
cualquier posibilidad de ser usados.
En nuestro país se han utilizado otros modelos hidrológicos como el HBV, que fue
implementado por Birkel (2008) en la cuenca del río Sarapiquí. Este modelo fue descartado,
tanto por el pequeño tamaño de la cuenca, como por la necesidad de tener datos diarios;
ambos requisitos no se cumplían para la microcuenca del San Lorencito.
El modelo HEC-RAS también ha sido utilizado (Birkel, 2007), aunque éste fue descartado
ya que es un modelo hidráulico, no hídrico; es decir, esta diseñado para obras fluviales.
Adicionalmente, el HEC no es tan flexible y carece de algunos de los algoritmos necesarios
para este estudio.
1.2.6.2. ¿Cuáles procesos se pueden simular con KINEROS y cuales no?
KINEROS modela el proceso de erosión, desde su inicio con la precipitación, pasando por
la infiltración a través de los suelos y la correspondiente escorrentía superficial (en el caso
de que la capacidad de infiltración sea superada), para posteriormente elaborar los
resultados (tanto del caudal proyectado para cada segundo del evento, como la generación
de sedimentos –erosión-).
- 31 -
Hay procesos en sitios tropicales, y en la RBAMB en particular, que simplemente no
pueden ser simulados o tomados en cuenta por KINEROS, estos procesos son:
• La intercepción particular de los bosques nubosos en el medio tropical; este es
probablemente el proceso más importante que no modela KINEROS. Se registra en
sitios con alta incidencia de nubosidad, donde la humedad contenida en el aire es
interceptada y condensada por el bosque. Es muy difícil de modelar, sobretodo antes de
eventos particulares, dado que habría que observar la cantidad de humedad y cuanta de
ella es atrapada por el bosque en ese lapso particular y como influencia a la
precipitación..
• La presencia de hojarasca y sus respectivas consecuencias, tanto en lo que se refiere a
reducción del impacto de las gotas de agua sobre el suelo, como en la manera en que
ésta reduce la velocidad del agua durante la escorrentía superficial. Ambos procesos son
parte de este estudio, y aunque podría eventualmente programarse, para este trabajo
únicamente se conceptualizaron los procesos, por lo que éste no esta incluido en los
resultados. Con la modificación de los parámetros hidráulicos se intentó retratar de
alguna manera los efectos de la hojarasca.
• La acción de los animales para generar erosión. En la RBAMB habitan muchas especies,
algunas de las cuales son mamíferos de tamaño considerable como las dantas, los
zainos, los pumas, los jaguares o los tepezcuintles. Estos animales generan erosión al
desplazarse, con la elaboración de dormideros y otras necesidades propias de cada uno
de ellos. Esta variable es muy difícil de tomar en cuenta, dado que es un proceso natural
y muy difícilmente cuantificable.
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• La acción positiva o negativa que ejerce la capa rocosa que se encuentra bajo el suelo.
Tanto el suelo como las rocas que se encuentran dentro y debajo de él infiltran una gran
cantidad de agua. Si bien es cierto el modelo simula la infiltración a través del suelo, no
se simula la capa de roca que se encuentra debajo, y que en modifica la velocidad de
infiltración dependiendo de su composición. Afortunadamente, en la RBAMB este
proceso es excelente, por lo que no se alteran de gran manera los resultados finales que
genera el modelo.
• El efecto de los senderos. La RBAMB, y en particular el área aledaña a la estación
biológica (donde se encuentra el área de estudio), contiene una serie de trillos para
recorrerla; estos caminos producen más erosión al estar el suelo descubierto; de igual
manera, cuando hay escorrentía, el agua que se encausa por estos trechos toma mayor
velocidad que si se desplazara por un sitio sin senderos.
Los procesos mencionados no alteran en lo absoluto la importancia ni la calidad del estudio,
pero se explican para que por un lado se observe que si fueron tomados en cuenta y, por
otro, para dar a entender porque no fueron tomadas a la hora de la utilización del modelo.
1.2.6.3. Márgenes de error
Al ser un modelo una aproximación a la realidad, éste contiene errores, así como
incertidumbres.
El primer y mayor error lo da la obtención de los datos propiamente dichos, es decir, al ser
obtenidos de manera manual, la calidad de éstos no es tan buena como si hubieran sido
obtenidos de manera automática. Se debe apuntar que los ayudantes para la obtención de
datos no fueron siempre los mismos, por lo que aunque se tuvo el mayor cuidado posible,
nunca se puede dejar de lado el margen de error humano en cada uno de los datos.
- 33 -
En lo referente al trabajo en el laboratorio, al ser también de índole humano genera errores,
aunque estos se llevaron al mínimo mediante una buena manipulación y ejecución de los
procedimientos. En total se realizaron 4 de ellos: pipeta Robinson, granulometría, materia
orgánica mediante horno y morfoscopía de cuarzos.
1.3. METODOLOGIA
1.3.1. El trabajo de Campo
La fase de campo se realizó mediante 6 visitas a la zona de estudio entre junio del año 2006 y
julio del 2007 y consistió en la recolecta y toma de datos in situ, los cuales se describen a
continuación. Lo más importante a tomar en cuenta es que la mayoría de los datos fueron
tomados durante eventos lluviosos, ya que estos son los que sirven al modelo para sus
proyecciones. Adicionalmente, se hicieron 2 visitas en agosto del 2008 para recolectar
muestras de suelo y elaborar los perfiles de suelo en ambas laderas.
1.3.1.1. Precipitación
Para medir la lluvia se utilizaron 6 pluviómetros, éstos se distribuyeron de la siguiente manera:
1 pluviómetro colocado en un claro a unos 100 metros de la Estación Biológica, donde midió
la precipitación libre, y 5 pluviómetros colocados bajo el la cobertura vegetal, con los que se
cuantificó la precipitación efectiva.
Cada pluviómetro efectivo consistía en un envase plástico de forma cilíndrica, que estaba
sostenido 1 metro sobre el suelo por una vara de madera (Foto 4). Se procuró ubicar cada uno
de ellos una distancia prudencial del trillo principal, para que los datos no estuvieran sujetos a
alteración.
- 34 -
El medidor libre existía previamente en la estación, y en esencia era un pluviómetro manual;
un cilindro de aluminio de donde cada día se extraía el agua caída y se medía con una probeta.
Para hacer las mediciones se retiró manualmente el agua de cada recipiente y se midió su
volumen en mililitros (ml) con una probeta. A cada pluviómetro se la calculó su volumen,
midiendo su alto y diámetro; con ello se logró uniformar los resultados, pasando de mililitros
(ml) a milímetros (mm).
La cantidad de pluviómetros se justifica porque la precipitación es la variable más importante
para determinar si la erosión laminar, y por ende el aporte de material al río, es alto o bajo;
además es sirvió para caracterizar la precipitación libre y la efectiva.
Se ubicó solamente un medidor de lluvia libre, ya que estaba a menos de 100 metros del sitio
de aforo y en un claro sin posibilidad de alteración de datos por agentes externos. Las
mediciones se hicieron repetidamente, en caso de que hubiera precipitación, cada 15 minutos,
cuando ésta era muy torrencial, o cada 30 si era más leve. Cuando no hubo lluvias, se
realizaron mediciones diarias durante cada visita.
La distribución de los pluviómetros efectivos se hizo en base a dos factores: la accesibilidad y
la cobertura. En el primer caso se colocaron los pluviómetros a lo largo del camino que va de
la estación hacia el sendero Terciopelo, en un tramo de aproximadamente 100 metros; se
colocaron en sitios determinados y a unos 4 metros del sendero principal para evitar que éste
interfiriera con los datos.
Como la cobertura boscosa de casi todo el sitio es mayor al 80% (Álvarez, Córdoba, Alfaro,
Calvo y Espinoza, 2004), se buscaron ubicaciones cercanas a la estación, pero con una
cobertura intacta.
- 35 -
Cuando hubo una precipitación, se hicieron mediciones en repetidas ocasiones (los mismos
parámetros que para la precipitación libre) para cuantificar la cantidad de agua que
efectivamente llega al suelo, así como durante el tiempo que sigue precipitando luego de que la
lluvia cesó su intensidad. Este dato ayudó a determinar el tiempo de saturación de los suelos y
la cantidad de erosión que cae a la superficie, aunque no esté lloviendo.
Foto 4 y 5: Trabajo de campo. En la foto izquierda se observa uno de los cinco pluviómetros efectivos que se colocaron bajo cobertura vegetal.
La foto de la derecha nos muestra uno de los sitios desde se extrajeron muestras de suelo. Fotos del autor, 2007.
1.3.1.2. Suelos
Para el análisis del suelo se recolectaron un total de 18 muestras (Figura 6). Para ello se
recorrió a pie la cuenca para ubicar zonas representativas, donde se tomaron las diferentes
muestras (Foto 5). Para este trabajo se contó con la colaboración de don Hugo Pérez, quien
tiene gran conocimiento del sitio.
Las muestras fueron colectadas tanto en las zonas altas, como en las laderas, y a una
profundidad de entre 10 y 40 cm. (promedio de 30 cm.). Esa profundidad fue seleccionada ya
que como se desea conocer la erosión que se causa mediante la escorrentía superficial, no
- 36 -
había sentido de hacer extracciones a mayor profundidad; el material removido siempre va a
ser superficial.
A las muestras se les determinó la textura, acidez, presencia de cenizas y cantidad de materia
orgánica en el laboratorio de geomorfología de la Escuela de Geografía.
Figura 6: Zona de obtención de muestras de suelo y del lecho del río. Elaboración Propia
- 37 -
De manera complementaria, se hicieron dos calicatas, una en cada vertiente de la microcuenca,
con el propósito de tener una idea general de la estructura de los suelos en ambos lados del río,
a fin de comprender los procesos que en ellos ocurren y, con ello, establecer las razones y
relaciones que puedan ocurrir con el proceso de la escorrentía superficial y el aporte de
material mediante erosión. Ambas calicatas se hicieron en zonas de pendiente y
aproximadamente a la mitad de la altura de la ladera; se proyectó llegar al metro de
profundidad si el terreno así lo permitía.
Para realizar los perfiles del suelo, se contó con la ayuda del profesor Francisco Solano quien
colaboró en la identificación de los puntos a trabajar, así como la interpretación en campo de
las dos calicatas que se realizaron.
La pendiente se determinó por métodos manuales y matemáticos. En el primero de ellos se
utilizó un clinómetro, que mide el ángulo de inclinación mediante un visor. El segundo método
se hizo tomando puntos GPS, y luego calculando la distancia entre dos puntos y su diferencia
de altitudes, con lo cual se pudo estimar la pendiente en grados o porcentaje mediante métodos
aritméticos como el Teorema de Pitágoras. La medición de las pendientes es muy importante
ya que hay una relación directa entre éstas y la escorrentía y, por ende, la erosión.
1.3.1.3. El caudal del río San Lorencito
Es probablemente la medición de mayor importancia, ya que es la salida del sistema. Se
realizaron mediciones del caudal en ausencia de lluvias, al igual que cuando se presentaron
precipitaciones. Las mediciones en este último caso se hicieron cada 15 minutos, ya que el
caudal varía de gran manera cuando llueve en la zona, al igual que en las partes más altas de la
cuenca. El sitio de aforo siempre fue el mismo y es a la altura de la estación biológica, a unos
40 metros de la misma; la determinación del sitio fue tomada en base a razones de
accesibilidad, conveniencia y, ante todo, seguridad.
- 38 -
Cada medición se hizo por medio de dos personas; una de ellas hacía una medición de la
velocidad y profundidad del río en segmentos de un metro, mientras que la otra hacía las
respectivas anotaciones y vigilaba en caso de una elevación súbita del caudal.
Para los casos de que el río tuviera mucha fuerza para realizar la medición anterior, se marcó
una piedra cercana con valores para estimar la profundidad del caudal, mientras que se realizó
solamente una medición de velocidad que fuera lo más representativa posible; esto por razones
de seguridad.
1.3.1.4. El lecho del río
Para hacer un estudio detallado de los depósitos que yacen en el fondo del cauce fue necesario
hacer una recolecta de muestras, que posteriormente se analizaron en el laboratorio.
Las muestras fueron tomadas a lo largo del lecho del río, desde el sitio de aforo hasta la
naciente. El criterio para tomar las muestras fue obtenerlas cada vez que se ubicaba una
quebrada que desembocara en el río con un caudal suficiente para que pudiera ejercer algún
cambio en la granulometría del lecho.
1.3.2. El trabajo en el laboratorio
1.3.2.1. Acidez del suelo
La acidez o alcalinidad de un suelo sirve para identificar precisamente variaciones en estos
valores. Para obtener este dato se debieron separar veinte 20 gramos de cada muestra y
bañarlos con 50 cc. de agua, para posteriormente agitarla. Luego de 30 minutos se midió el
soluto con un peachímetro y se obtuvo el pH de la muestra; un resultado menor a siete
indicaba una muestra ácida, mientras que uno mayor implicaba una muestra básica.
- 39 -
1.3.2.2. Textura del suelo
Este análisis se hizo mediante el método de la Pipeta Robinson, el cual consiste en determinar
el porcentaje de arenas, arcillas y limos en un suelo luego de haberlo procesado para eliminarle
su materia orgánica y sus enlaces químicos. Para ello fue preciso poner 200g. de cada muestra
en un beaker y agregarle 150 cc. de peróxido de hidrógeno (H202) para deshacer su materia
orgánica.
Posteriormente se le agrega a la muestra ácido clorhídrico (HCl) o cloruro de potasio (KCl),
dependiendo de la acidez de la muestra y se deja reposar hasta que no haya reacción. En este
instante inicia el proceso de filtrado de la muestra, con lo cual se eliminan los reactivos
químicos. El material resultante se trata con hexametafosfato de sodio (NaPO3)6 y se coloca
dentro de una probeta de un litro que se llena con agua destilada.
Se hace una agitación de la probeta y se hacen dos tomas, a los 4:48 minutos y a las ocho
horas. Finalmente se extrae toda el agua y se filtran los materiales finos en un tamiz de 0.325
mm. de espesor. Cada toma es puesta en una capsula y se pone a secar en el horno.
Con los datos logrados se realizaron una serie de fórmulas para obtener el porcentaje de arenas, limos y arcillas de cada muestra. Éstos permitieron hacer una representación de la textura a lo largo de toda la cuenca, diferenciando y caracterizando su comportamiento. 1.3.2.3. Porcentaje de materia orgánica
La materia orgánica es un excelente indicador del desarrollo de un suelo puesto que hay una
relación directa entre estos dos apartados. Se pueden determinar procesos erosivos en base a
materia orgánica, ya que los sitios con mayor propensión a ser removidos tienen menor
cantidad de la misma, lo cual no ocurre en zonas donde el material es más estable. De igual
- 40 -
manera, es interesante cuantificar el porcentaje de materia orgánica en los suelos de un bosque
en equilibrio.
Para hacer esta medición, se utilizó un horno a una temperatura de 600 ºC, donde se introdujo
una pequeña muestra de tres gramos suelo durante seis minutos. Luego se extrae cada muestra
y se pesa nuevamente. Al comparar los pesos se determinó cuanto se perdió por el calor el
calor; ese porcentaje es la cantidad de materia orgánica que contenía ese suelo.
1.3.2.4. Presencia de cenizas
Para verificar la presencia en el perfil de suelo se tomó una pequeña parte de la muestra de
suelo y se le roció con fenoftaleína, luego se le hizo una pequeña aplicación de fluoruro de
sodio (NaF) y se dejó hacer reacción. Los resultados son fácilmente perceptibles; si la muestra
se torna morada es porque hay presencia de cenizas, y dependiendo de la intensidad del
morado hay mayor o menor densidad de ellas.
1.3.2.5. Granulometría y esfericidad
Mediante el proceso de tamizado se pueden estudiar y caracterizar los depósitos fluviales, lo
cual ayuda a explicar la dinámica del río. Para realizar esto, cada muestra del lecho se pasó por
tamices de diferente grosor, donde quedaron diferentes fracciones de la misma. Estas
fracciones posteriormente se pesaron para calcular que porcentaje representaban respecto a la
muestra original; con este resultado se elaboró una curva granulométrica, que ayudó a
interpretar la historia y los procesos que se han dado en el sitio.
Para evaluar la esfericidad de las partículas se realizó la morfoscopía de cuarzos, que consistió
en tomar 100 cuarzos de cada muestra y examinarlos bajo el microscopio. Se catalogó cada
uno según su redondez o angulosidad para finalmente elaborar un gráfico que con los
resultados que se obtuvieron.
- 41 -
1.3.3. Trabajo en el laboratorio de Sistemas de Información Geográfica (SIG)
Para la cartografía digital se utilizaron principalmente los programas MapInfo (2001),
ArcView (ESRI, 2007) y Surfer (Golden Software, 2006), destacan las extensiones de
ArcView Spatial Analist, 3D Mapper y sobretodo AGWA (Scott, 2005), que es la extensión del
programa KINEROS, también de ArcView, que se utiliza para generar modelos de escorrentía
superficial y erosión.
1.3.4. Aplicación del modelo hidrológico KINEROS
Como se mencionó en el marco teórico, en este trabajo se utilizó el programa KINEROS
(Woolhiser, Smith y Goodrich, 1990) para efectuar el modelado hidrológico respecto a la
escorrentía superficial y erosión en la cuenca alta del río San Lorencito.
Para poder representar este modelo en un SIG como ArcView, se necesitó de una extensión del
mismo, por ello se utilizó la extensión AGWA. Ésta es un sistema de análisis hidrológico de
múltiples propósitos para ser utilizado por distintos profesionales en estudios de cuencas. Los
datos utilizados en AGWA incluyen modelos de elevación digital, mapas de uso del suelo,
datos del suelo y de precipitación.
El modelo KINEROS ayudó, luego de una serie de pasos, a cuantificar las estimaciones de
caudal y erosión para cada evento. Para su implementación se debió, en primer lugar,
cartografiar la cuenca en cuestión, posteriormente se generó un modelo triangulado (TIN),
desde donde se hicieron ajustes para poder delimitar correctamente la cuenca.
Después se utilizaron los datos de cobertura del suelo, textura del suelo y cobertura forestal,
previamente tomados en campo, para que el modelo empezara a cruzar esos datos y, con ello,
generara estimaciones. Finalmente, se introdujeron los datos de precipitación de cada evento
- 42 -
para originar la correspondiente simulación, de donde se obtuvieron los datos estimados de
erosión y caudal del río San Lorencito.
El modelo realizó estimaciones para cada evento, el cual se describe como el momento desde
que se inicia la precipitación hasta el momento en el que los efectos de ésta hayan finalizado.
Esto no solo implica la conclusión de la lluvia, sino también que el caudal del río haya
retornado a su nivel original (antes de la precipitación) y que la escorrentía superficial haya
cesado.
1.3.4.1. La calibración del modelo
KINEROS fue desarrollado en una cuenca en el estado de Arizona, Estado Unidos; por lo cual
se debió calibrar el modelo para las condiciones tropicales y húmedas de la RBAMB. Para este
paso se utilizaron los datos obtenidos en campo. Éstos fueron a la vez el principal insumo y
parámetro de calibración, ya que el modelo debía asemejarse lo más posible a la realidad.
Luego de introducir los datos no variables de campo para cada evento (uso del suelo, tipo de
suelo, profundidad y ancho del río, caudal base y precipitación) se generaron los resultados
iniciales. Seguidamente, y al observar donde se encontraban las mayores diferencias entre la
simulación y la realidad, se procedió a modificar los parámetros variables (saturación del
suelo, intercepción, rugosidad y cobertura vegetal) hasta obtener los valores más cercanos a los
reales.
Cada evento se calibró individualmente, esto por cuanto ningún evento es similar a otro, y por
más que los resultados sean semejantes, siempre habrá diferencias en las condiciones del sitio
para ese momento y lugar particular.
- 43 -
Debe aclararse también que por las características de la microcuenca y del país en general, los
parámetros variables siempre se modifican tratando de retratar las condiciones propias de un
sitio tropical y sujeto a una extrema humedad.
1.3.4.2. Validación de la calibración
Para saber cual resultado es estadísticamente más cercano a los obtenidos en campo, se
procedió a utilizar dos coeficientes: el de correlación y el de Nash-Sutcliffe.
El coeficiente de correlación, r, nos indica la fuerza y dirección de una relación lineal entre dos
variables. De manera general, se puede decir que la fórmula se explica como el cociente entre
las variaciones explicadas entre las variaciones totales.
Este coeficiente esta ligado a la razón de esa variación lineal, que se eleva al cuadrado y da
como resultado el coeficiente de determinación, conocido como r2.
El coeficiente de Nash-Sutcliffe (E) en esencia es una adaptación de r2 que se utiliza para
valorar el poder predicativo de los modelos hidrológicos, y se obtiene mediante la siguiente
formula:
Q es el caudal observado, Q el caudal modelado, y Donde o m el caudal observado en un
tiempo t determinado (Nash y Sutcliffe, 1970). Entre más se acerque el resultado a uno (1),
más se asemeja el modelo a la realidad.
- 44 -
Con los resultados de la validación se pudo observar que tanto se acercó el modelo a la
realidad del medio tropical y de la microcuenca del río San Lorencito en particular.
- 45 -
1.4. OBJETIVOS
1.4.1. Objetivos Generales
• Determinar la tasa de erosión laminar en la cuenca del río San Lorencito por medio
de un modelo hidrológico; tomando en cuenta sus características climáticas,
vegetales, topográficas, edáficas y geomorfológicos.
• Caracterizar el comportamiento natural de la remoción de materiales en una cuenca
con bosque en equilibrio y en un medio tropical.
1.4.2. Objetivos específicos
• Establecer las variables físicas en relación con la erosión laminar en una cuenca en
equilibrio.
• Aplicar el programa de modelado hídrico KINEROS mediante la introducción de
los datos obtenidos y valorados para con ello estimar el material erodado de
manera laminar en toda la cuenca.
• Evaluar, mediante la elaboración de escenarios, las posibles implicaciones que un
cambio en el uso del suelo podría generar respecto a aporte de sedimentos y
aumento de caudales.
- 46 -
Capítulo 2: CARACTERIZACIÓN GENERAL DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES DE LA RESERVA BIOLÓGICA ALBERTO MANUEL BRENES Y SUS ALREDEDORES
2.1. UBICACIÓN
La microcuenca del San Lorencito se encuentra dentro del área que abarca la RBAMB, que se
encuentra al noroeste del territorio nacional, en los cantones de San Ramón y Montes de Oro,
dentro de las provincias de Alajuela y Puntarenas respectivamente (Figura 7). La mayoría de
su territorio se ubica en Los Ángeles, distrito octavo del cantón de San Ramón. Se localiza
completamente dentro de la hoja topográfica San Lorenzo (número 3246 I) del Instituto
Geográfico Nacional.
Abarca una superficie de 7.800 (siete mil ochocientas) hectáreas, distribuidas dentro de un
pentágono irregular de 35 kilómetros de perímetro. Fue fundada en 1975, aunque su actual
categoría de manejo fue implementada hasta el año 1991 (Artavia, 2005) y es administrada por
la UCR mediante su sede regional de Occidente, con supervisión del Ministerio del Ambiente,
Energía y Telecomunicaciones (MINAET).
La cuenca del río San Lorencito cubre una extensión total de 27,45 km2, mientras que la zona de estudio se encuentra en la cuenca alta del mismo, abarcando 3,275 km2 de ellos, y para efectos de este trabajo finaliza en el punto de aforo, frente a la Estación Biológica. Tiene un perímetro de 8,12 km, esto hace que sea posible recorrerla a pie en un día y apreciar sus diferentes características. La microcuenca se ubica enteramente en la vertiente caribeña de la Cordillera Volcánica de Tilarán (Figura 8).
- 47 -
Figura 7: Ubicación de la RBAMB y la microcuenca del río San Lorencito. Elaboración Propia
- 48 -
La microcuenca presenta una forma rectangular, y tiene una pequeña pero importante red de
drenaje que desemboca en el río. Su caudal es bajo o inclusive intermitente, activándose en la
época lluviosa, por ello la mayora parte de estas quebradas no tienen nombre. También es
importante para la dinámica estructural de la zona, sobretodo en los meses más lluviosos, ya
que evacuan el exceso de agua y aportan gran parte del caudal del río, por ende, su
protagonismo en el modelado del terreno es importante.
El sitio de aforo se localizó en las coordenadas Lambert Norte 470850 y 244600. A la vez, se
encuentra a unos 30 metros de distancia de la Estación Biológica y a 890 m.s.n.m.
Figura 8: Área de Estudio. Elaboración Propia
- 49 -
Cuadro 5: Datos morfológicos importantes de la microcuenca del río San Lorencito.
Pendiente media 30º
Elevación media 1200 m.s.n.m.
Densidad de drenaje 5 mm/h (aprox.)
Longitud del cauce 3200 m
Pendiente media del cauce 6.25º
Área 3.275 km2
Perímetro 8.21 km. Elaboración Propia
2.2. CLIMA
De acuerdo con su localización geográfica, el clima de la RBAMB es calificado como
excesivamente húmedo con temperaturas moderadas (Herrera, 1985). Existen diferencias
tanto en temperatura como en precipitación a lo largo de ella.
Las temperaturas medias en la mayor parte de la reserva rondan los 20º C. Son zonas de
laderas y montañas con una alta nubosidad, precipitación y humedad. Las partes altas llegan
a promediar los 15º C y los se perciben con facilidad los vientos que chocan con el relieve.
En las zonas bajas, alrededor de los 600 m.s.n.m., la temperatura media aumenta hasta los
25º (veinticinco grados), esto se da sobretodo en las desembocaduras del río Jamaical y
Palmital, donde inician las amplias y cálidas llanuras del río San Carlos.
- 50 -
Figura 9: Distribución de la precipitación y las temperaturas en la RBAMB y sus alrededores. Elaboración Propia
La RBAMB se encuentra en medio de una gran zona de recarga hídrica, por lo que su
régimen de precipitaciones es bastante alto, superando los 3500 mm. de lluvia al año y
llegando hasta casi los 5000 mm, como se detalla en la sección 3.2. (Figura 9).
Este régimen de pluviosidad se debe la orografía, ya que los vientos cargados de humedad
ingresan en dirección NE-SW y al toparse con las montañas empiezan a elevarse, producto
- 51 -
de ello la temperatura de las nubes desciende, el vapor de agua se condensa y termina
precipitándose en forma de agua.
Se debe aclarar que en el área no hubo estación alguna que registrara las variables como
temperatura, humedad y precipitación hasta el año 2008. Por esta razón se utilizaron los datos
que se han registrado en otras investigaciones en la zona, primando la de Vargas (1978), donde
se registraron diferentes estaciones aledañas pertenecientes al ICE, la UCR y el Instituto
Meteorológico Nacional (IMN).
2.3. HIDROGRAFÍA
La red fluvial de la RBAMB se circunscribe dentro de la cuenca alta del río San Lorenzo, que
a su vez forma parte de la cuenca del río San Carlos, que desemboca en el río San Juan.
Se deben destacar tres ríos que nacen en la reserva: el Palmital, el Jamaical y el San Lorencito
(Figura 10); adicionalmente, una pequeña porción del río San Lorenzo y otra de la quebrada
Honda (afluente del río Aranjuez) se encuentran allí. Esta última es la única porción de la
RBAMB que pertenece a la vertiente Pacífico.
También es importante mencionar que hay una enorme cantidad de nacientes y, por ende,
quebradas que alimentan a los ríos en prácticamente todo su trayecto, lo cual refleja la gran
importancia de la zona como sitio de recarga para una gran parte de la subvertiente norte de
Costa Rica, y que también es aprovechada para generar energía hidroeléctrica.
El río Palmital se encuentra al norte de la reserva y tiene una orientación oeste-este. Nace en
un cerro sin nombre que se encuentra justo en la divisoria de vertientes, a partir de allí su
recorrido es relativamente recto a través de una falla geológica hasta unirse al río Jamaical,
esto ya fuera de los límites de la reserva.
- 52 -
En el centro de la RBAMB se encuentra el río Jamaical, cuya cuenca ocupa la mayor parte de
la reserva y que nace en el cerro Jabonal. Es alimentado por varias quebradas, entre las que
destacan la Zeledón, la Común, la Ranchillos, la González, la Dolores, la Cacical y la Chispa.
También es influenciada por un sistema de fallas, lo que hace que su orientación sea suroeste-
noreste, de manera prácticamente recta.
Figura 10: Red Fluvial de la RBAMB y alrededores. Elaboración Propia
- 53 -
En la parte sureste del área protegida se ubica el sitio de estudio, el río San Lorencito, cuya
cuenca alta está precisamente dentro de la RBAMB. Se encausa en dirección suroeste-noreste a
través de una falla geológica hasta que se reúne con el río San Lorenzo, luego de nacer en la
fila Volcán Muerto.
El río San Lorenzo es el más importante de la zona y, pese a que casi todo su cauce la rodea, es
donde todos los ríos de la reserva desembocan. Tiene una forma de “L”, variando fuertemente
la dirección de sus aguas de un sentido suroeste-noreste a uno sur-norte, gracias al fallamiento
típico de toda el área. Al igual que el San Lorencito nace en la fila Volcán Muerto, y corren de
manera paralela hasta el viraje mencionado.
La quebrada Honda aporta sus aguas al río Aranjuez, que desemboca en el océano Pacífico, en
la provincia de Puntarenas.
2.4. VEGETACIÓN
La vegetación del área cumple una función primordial en lo que a regulación de las
condiciones climáticas se refiere; la zona de condensación que constituye el sitio,
interceptando corrientes de vientos cargados de humedad que provienen del noreste, provoca
una intensa precipitación (Vargas, 1991) y una elevación en la humedad dentro del bosque.
Alrededor del 80% de la RBMAB se encuentra enmarcada como bosque pluvial premontano
(Artavia, 2005) según la clasificación de zonas de vida de Holdridge (1978), mientras que las
cimas de los cerros, donde se encuentran casi todas las nacientes del área, están catalogadas
como bosque pluvial montano bajo. Hay dos areas de transición, una a cada lado de la reserva:
bosque muy húmedo transición a premontano, al oeste, y bosque muy húmedo tropical
transición a premontano, que está al este.
- 54 -
La vegetación sirve como hábitat y a la vez como fuente de alimentación para diferentes
especies animales como la danta, el manigordo, el jaguar, la martilla, el mono congo y el
tepezcuintle entre otros; esto sin obviar la gran cantidad de musgos y líquenes que utilizan sus
troncos como sostén.
Como se mencionó en el capítulo anterior, el bosque representa un papel fundamental en la
conservación y formación de los suelos, manteniendo los elementos básicos para la
preservación de los hábitats (Vargas, 1991). Esto se manifiesta en la superficie de toda el área,
ya que las raíces de los árboles y plantas no solo evitan la erosión del suelo, sino que fomentan
la presencia de microorganismos, los cuales ayudan en la meteorización química y biológica
del mismo, y la consiguiente formación de arcillas.
La vegetación de la RBAMB también contribuye en el ámbito hídrico de diversas maneras,
como el hecho de capturar una buena parte del agua que cae desde el cielo para sus propias
necesidades; adicionalmente, disminuye el impacto directo de las gotas de lluvia sobre el
suelo. Las hojas de los árboles, al igual que una buena cantidad de musgos que se encuentran
en los troncos de los árboles colaboran con la captura de la humedad en el aire y que se
condensa para obtener aun más agua, proceso conocido como lluvia horizontal. Finalmente, la
cobertura vegetal ayuda en el proceso de infiltración del suelo.
2.5. GEOLOGÍA Y SUELOS
2.5.1. Una microcuenca influenciada por el vulcanismo
El área donde se encuentra la RBAMB pertenece al vulcanismo de la formación Aguacate de
finales de la fase orogénica, manifestándose éste desde el Terciario y constituyendo una zona
de contacto con el vulcanismo del Cuaternario (Castillo, 1973). Al sureste de la reserva, muy
cerca del área de estudio, se ubica una zona que se asocia al intrusivo de Monteverde, también
del Plioceno, la cual se sitúa discordantemente al grupo Aguacate (Sprechamann, 1984)
- 55 -
La microcuenca está constituida por coladas de basalto, lavas andesíticas, aglomerados, tobas y
brechas de espesor desconocido, en forma estratificada, que han sido cortadas por diques de
basalto (Vargas, 1978). Con ello ésta cordillera “presenta un estado de desarrollo erosional de
juventud avanzada, así como un rejuvenecimiento debido a la elevación del Horst con respecto
a las áreas vecinas” (Dengo, 1962, Pág. 89).
Lo anterior concuerda con Rojas (2008), quien identifica en el sitio lavas andesitico-
piroxénicas color gris oscuro con gran contenido de ferromagnesianos, y en algunos casos
color gris claro con fenocristales de feldespato y augitas. Estas lavas representan dos litofacies
de textura afanítico porfirítica. Se observa también un nivel de afloramientos con un intenso
lajamiento y espesores de hasta 30m, además de gran consistencia, ausencia de acción
hidrotermal y vacuolas de desgasificación.
Los afloramientos anteriores se asocian con un levantamiento reciente que propicia en la zona
caídas de agua de hasta 25m de altura y una intensa profundización de los cauces con
márgenes escarpadas, como se observa en el río san Lorencito. El origen de estas coladas se
puede deber a antiguos conos volcánicos ya erosionados, según el autor, o a partir de fisuras
corticales, según Kussmaul (citado por Loaiza, 1997).
Con estos antecedentes, se puede pensar en la posibilidad de una actividad volcánica reciente,
la cual es sustentada por Castillo (1973. Pág. 4) cuando nos indica que “dadas las
características de las rocas observadas y la aparente no presencia de cuerpos intrusivos, se
puede señalar, aunque en forma tentativa, que la región no fue influenciada en forma
dominante por el vulcanismo del Aguacate; posiblemente la actividad reciente se encuentra
enmarcada dentro de una nueva etapa de vulcanismo a través de las preexistentes rocas
originadas por el vulcanismo del Aguacate”.
- 56 -
Figura 11: Piemonte Oriental de la Cordillera Volcánica de Tilarán.
Simbología: 1) Solifluxión Generalizada. 2) Conos glacis del contacto con la llanura. 3) Conos deyección disectados. 4) Talud de erosión. 5)
Mesetas volcánicas. 6) Líneas de división de aguas. 7) Fallas. Tomado de: Bergoieng, 2007, Pág. 151.
El dominio de formas estructurales se explica a partir de la identificación de fallas, que
explican su intensa actividad tectónica, y que además han colaborado a que el cauce del río
San Lorencito se oriente sobre ellas en las partes medias de su cuenca y descubra la
configuración de un fondo de valle.
Como resultado de lo anterior, el relieve de la zona es montañoso, altamente fracturado y muy
accidentado; donde se manifiestan diferencias de hasta 300 metros entre las zonas más altas y
el lecho del río. Debido a esto, prácticamente toda el area de la reserva se carateriza por tener
rios rodeados de fuertes taludes de erosión (Bergoieng, 2007) (Figura 11).
- 57 -
2.5.2. Evidencias de vulcanismo reciente
Si bien es cierto, Vargas (1978) plantea la posibilidad de que el vulcanismo reciente se haya
extendido a la zona norte y noroeste del río Palmital, los resultados observados llevan a pensar
que también se pudo haber extendido a la zona de estudio, al sur de dicho río.
La bibliografía muestra que no solo se sospecha de una actividad volcánica muy cercana a la
microcuenca de estudio, sino que esta es relativamente reciente; aunque la zona fue muy
erosionada y cubierta por cenizas, seguido por la formación del suelo.
Denyer y Kussmaul (2000) sugieren que dada la gran cantidad de fallas en toda el área, la
primera actividad fue de tipo fisural. Estas fisuras pudieron haber formado el material más
antiguo, que se encuentra debajo del lecho del río (aunque en ocasiones se observa en la
superficie, en virtud de que las aguas de escurrimiento fluvial no han logrado vencer la
consistencia de este tipo de material). El material es de tipo basáltico, y aunque no se observa
meteorizado, está muy afectado por la humedad de la zona (Foto 6).
Con un aumento en la actividad volcánica, es muy probable que se hayan formado cráteres,
producto de una o varias explosiones. Artavia (2005) menciona sitios como las Lagunas
Cratéricas, que se encuentran en el Bajo Jamaical (unos 3 km. al NW del punto de aforo) y que
pudieron ser los focos emisores del material volcánico más reciente. La presencia de una
amplia caldera, cuyo perímetro lo conforman la Fila Cedral, el Cerro Jabonal y la Fila Volcán
Muerto (Bergoeing, 2008), al igual que la presencia en la zona de estudio de rocas extrusivas
como la piedra pómez, no hacen más que reafirmar esta hipótesis.
- 58 -
Foto 6: Lavas basálticas a la orilla del río San Lorencito, presumiblemente el material más antiguo de la zona. Foto del autor, 2008.
Se observan también distintas coladas basálticas y andesíticas que están en el cañón del río San
Lorencito y debajo de éste (Foto 7). Lo sano del material es señal de que es más reciente y que
en el sitio se desarrollaron diferentes eventos volcánicos en distintas épocas.
En el sitio fue posible distinguir depósitos de lahares, los cuales precisamente se encuentran
sobre las coladas anteriores. Estos lahares tienen de tamaño de mediano a grande, con rocas
medianamente redondeadas, muy sanas y poco alteradas, lo que denota su transporte desde un
foco emisor cercano. Estos depósitos caóticos se identifican en los sitios de mayor elevación
- 59 -
de la microcuenca y es probable que sean parte del mismo material diaclasado, que formó un
gran frente de deslizamiento hasta llegar al río (Foto 8).
Foto 7: Las coladas de lava son fácilmente visibles en las márgenes y debajo del río; se observa también la fractura del material.
Foto del autor, 2008.
Finalmente se tiene la presencia de cenizas, las cuales no se observan como tales, sino que se
deducen al observar los suelos. Éstos son poco densos, livianos, y no tienen horizontes que se
distingan con facilidad, lo cual hace sospechar que las cenizas de las explosiones mencionadas
fueron parte activa de la génesis pedológica, junto con la desintegración de la roca existente, el
clima, así como el avance y consolidación de la cobertura vegetal.
- 60 -
Foto 8: Los depósitos de lahares se encuentran sobre coladas de lava preexistentes. Foto del autor, 2008.
2.5.3. La pedogénesis en un ambiente volcánico
Los suelos generados a partir del vulcanismo fueron considerados inicialmente como
inceptisoles con características ándicas, o andepts, hasta que en 1985 se propuso crear un
nuevo orden: los andisoles (Saénz, 1985), en lo cual concuerda Vargas (1991).
- 61 -
Los andepts derivan de las cenizas volcánicas, las cuales luego de meteorizarse producen una
arcilla amorfa llamada alófana. Esta arcilla, en combinación con la materia orgánica da
importantes características al suelo, como lo son la gran capacidad de almacenamiento de agua
y de dispersión incompleta. Esta arcilla (alófana) atrae la materia orgánica y la protege de la
rápida descomposición (Aubert y Tavernier, 1975).
De manera general, se puede hacer una relación positiva entre la literatura encontrada y lo
observado en campo, aunque se procedió a estudiar los suelos en el laboratorio para hacer una
caracterización puntual de los mismos en la microcuenca del río San Lorencito.
- 62 -
Capítulo 3: EL COMPORTAMIENTO DE LAS VARIABLES AMBIENTALES DENTRO DE UNA ZONA EN EQUILIBRIO: CARACTERIZACIÓN ESPECÍFICA DE LA MICROCUENCA DEL RÍO SAN LORENCITO
3.1. INTRODUCCIÓN
El área de estudio se encuentra en el extremo sureste de la RBAMB y cubre una superficie que
apenas supera los 3 (tres) km2; sin embargo, sus características fisiográficas hacen que sea un
lugar único en el país y en la reserva misma, ya que la alteración que ha sufrido su ecosistema
es, prácticamente, nula.
Aunque están dentro del área protegida, hay zonas que han sufrido alteración humana, ya sea
la tala en busca de abrir pastos para el ganado, la agricultura, o para los propios asentamientos
de población. Estos sitios fueron ubicados por Artavia (2005) en las cuencas del río Jamaical y,
en menor medida, el Palmital.
Gracias a su dificultad de accesibilidad, la microcuenca del río San Lorencito nunca ha sufrido
una perturbación significativa, lo cual la hace el sector más prístino de la RBAMB, y, a la vez,
el sitio ideal para realizar este estudio.
Para estudiar, caracterizar y modelar la erosión laminar, se debe primeramente entender la
dinámica de los factores que la generan en un lugar de éstas características.
3.2. EL CLIMA DE LA MICROCUENCA
Puntualmente, no hay datos diarios fiables en el sitio de aforo para elaborar pluviogramas de
calidad. El único realizado hasta ahora con equipo automático se realizó en 1994 como parte
- 63 -
de una investigación de Römich y Breckle, en 1996 (Figura 12). Se acaba de instalar en el sitio
una estación meteorológica que brindará información automatizada de manera continua, pero
desgraciadamente este tiempo es demasiado breve para que sea retratado en la presente
investigación.
La temperatura promedio del sitio es de 21º C, que se manifiesta de manera estacional, es
decir, más alta entre enero y abril y más baja entre agosto y diciembre. Nuevamente, al no
haber datos históricos fiables, es imposible hacer una regresión en este sentido.
La acción del bosque y la permanente presencia de lluvias generan una humedad muy alta, que
sumado a vientos frescos, no permiten que la temperatura se eleve mucho, pese a la baja altitud
del sitio.
La precipitación en el área de la microcuenca esta comprendida entre 4.000 y 5.000 milímetros
al año (Römich y Breckle, 1996), y se distribuye durante todos los meses del año, aunque los
picos máximos de lluvia se dan entre agosto y noviembre.
Las lluvias son de tipo orográfico son originados por la incursión de los vientos alisios y
húmedos del norte que penetran por la cuenca del río San Lorenzo (Herrera, 1985; Bergoieng,
2007), lo cual no representa una estacionalidad como si se ve en otras partes del país.
Probablemente estas lluvias aumentan hacia la línea de cresta de la Cordillera Volcánica de
Tilarán.
Lo descrito anteriormente concuerda con Herrera (1985), que identifica al área con un clima
del tipo excesivamente húmedo (4.500 mm.), con temperatura moderada, sin meses secos y
una evapotranspiración potencial anual de 1140 mm; lo cual da una descripción inicial del
panorama hídrico del sitio.
- 64 -
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Setiembre Octubre Noviembre Diciembre Figura 12: Precipitación (mm) en la cuenca del río San Lorencito para el año 1994. Fuente: Römich y Breckle, 1996.
Con la figura se puede corroborar el comportamiento mensual de la lluvia en el lugar, que
corresponde a un régimen de la Zona Norte (Birkel, 2006). Los meses más secos son febrero,
marzo y abril, en contraste con noviembre, agosto y setiembre, que son los más lluviosos. Esto
repercute directamente en el caudal del río, así como en el cauce del mismo, ya que en los
meses secos se observa un amplio canal, lleno hasta la mitad de agua, mientras que en la época
más lluviosa, este canal se llena en inclusive se incrementa a niveles extremos en días de
mucha precipitación.
3.3. HIDROGRAFÍA
El río San Lorencito corre en dirección suroeste-noreste (tanto en el segmento estudiado como
en su totalidad), hasta encontrarse con el río San Lorenzo, del cual es tributario. Su caudal es
permanente durante todo el año incluyendo, como se mencionó, las épocas más secas (Foto 9);
la razón de este hecho es que pese a que el caudal disminuye en los meses de febrero, marzo y
abril, los de menor precipitación en la cuenca, las aguas subterráneas que se fueron
almacenando durante los meses anteriores duran entre uno y dos meses en llegar al río (Vargas,
1978).
- 65 -
Foto 9: El río San Lorencito tiene un caudal permanente durante todo el año. Foto del autor.
El cauce principal del río es alimentado por una serie de quebradas, que elevan
considerablemente su caudal en presencia de eventos lluviosos. La mayoría de ellas son
intermitentes y se activan en la época lluviosa (Figura 13). Pueden acarrear una gran cantidad
de material, así como provocar deslizamientos y cabezas de agua si no son supervisadas con
cierta frecuencia.
- 66 -
Figura 13: Red de drenaje dentro del área de estudio. Elaboración Propia
3.3.1. Relación precipitación – caudal en la cuenca alta del río San Lorencito
El aporte de agua es vital para que se mantenga un caudal permanente en cualquier red hídrica.
En este estudio, el principal insumo para el río San Lorencito es la precipitación; y la manera
en que ésta llega hasta el río luego de caer en la superficie es de vital importancia.
La cuenca alta del río es pequeña pero muy quebrada, esto hace que la precipitación que llega a
ella, y que pierde velocidad al ser interceptada por la vegetación, se infiltre en el suelo. Como
la cantidad de agua es excesiva para percolar en su totalidad, el suelo se satura rápidamente e
inicia un proceso de escorrentía.
Las fuertes pendientes hacen que el exceso agua drene rápidamente por ellas y, finalmente, la
lleven al cauce principal del río. Esta relación es directa y se da de manera muy rápida, es
decir, los tiempos de concentración son muy cortos.
- 67 -
Para poder ejemplificar de la mejor manera lo anterior, tenemos que desde la parte más alta de
la cuenca, la pendiente es de 12º en el primer kilómetro de recorrido del agua, mientras que al
punto de aforo (aproximadamente 3,2 km.) ésta se reduce hasta los 6º. En los lados de la
cuenca tenemos pendientes van desde los 20º (veinte grados) en la margen izquierda hasta los
40º (cuarenta grados) en la margen derecha (Figura 14).
Figura 14: Modelo digital de terreno de la microcuenca alta del río San Lorencito, se observan las fuertes pendientes alrededor del cauce
principal del río. Elaboración Propia
Esta relación hace que sea de vital importancia estudiar las precipitaciones y los caudales de
manera simultanea, con lo que se podrán obtener resultados más concretos; más adelante, se
hará una correspondencia entre esa relación y la erosión, que es el punto central de la
investigación.
3.3.2. Relación precipitación – caudal en eventos lluviosos
De las diferentes mediciones que se realizaron, hay cuatro que se utilizarán para mostrar la
relación entre el caudal y la precipitación. Para ejecutar los modelos hidrológicos solamente se
utilizarán dos mediciones, la del 10 de junio del 2006 y la del 21 de julio del 2007, esto por
- 68 -
cuanto fueron los eventos que tuvieron mayor intensidad y que fueron mejor registrados en las
mediciones.
En el primer caso (Figura 15), se observa un fuerte aguacero de 43 mm. en la primera media
hora; éste evento hizo que el río elevara fuerte y rápidamente su caudal (Q), llegando a
triplicarse. Se dio un pico de 34,4 mm/h, el cual se reflejo 50 minutos luego de que inició la
precipitación.
0
10
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30
40
50
60
14:00
14:20
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16:30
17:00
17:30
Hora
Q (m
m/h
)
05101520253035404550
Prec
ipita
ción
(mm
)Precipitación Libre Caudal
Figura 15: Relación entre la precipitación (mm) y el caudal (mm/h). 10-06-2006. Elaboración Propia.
A partir de ese caudal máximo registrado en el nivel del río, la precipitación empezó a
descender hasta casi detenerse. Una vez más se ve reflejada la relación directa ya que el caudal
empezó a descender de manera simultanea para más adelante regresar a valores más regulares.
El segundo evento (Figura 16) ilustra el día posterior al primero. Éste fue totalmente diferente;
se observa como el nivel del caudal del río tiene valores mucho más bajos que el día anterior,
con lo que se comprueba la excelente resiliencia (capacidad de volver a su estado original)
hídrica que tiene la microcuenca, y que se da a través de los procesos de infiltración y
- 69 -
escorrentía, que finalmente logran descargar y evacuar las enormes cantidades de agua que
cayeron menos de 24 horas antes. En este día el caudal máximo registró menos de 1,5 mm/h y
el mínimo se encontró en el nivel de los 0,5 mm/h.
00.5
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5
7:00
8:00
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13:30
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14:40
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Hora
Q (m
m/h
)0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
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7.00
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Prec
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ción
(mm
)
Precipitación Libre Caudal
Figura 16: Relación entre la precipitación (mm) y el caudal (mm/h). 11-06-2006. Elaboración Propia.
Durante la noche se dio una precipitación poco considerable que provocó que el caudal del río
se elevara levemente; en horas de la mañana el caudal descendió su nivel, ésta reducción llegó
a su punto más bajo a la 1:30 p.m. con un caudal de apenas 0,5 mm/h. Se dio entonces un
pequeño aumento en el caudal, y ya que no se registraron precipitaciones en ese momento, se
sospecha que si las hubo en algún sitio de las partes altas de la cuenca, lo que hizo que el
caudal se incrementara.
El río se mantuvo en un nivel constante durante aproximadamente una hora, donde si se
registraron leves lluvias en el sitio; esta es, presumiblemente, la razón de que ese caudal se
mantuviera. Luego de que la lluvia cesó, el caudal bajo para llegar nuevamente a su nivel
inicial del día: 1 mm/h.
- 70 -
En el tercer evento se observa que no hubo precipitación durante la mañana (Figura 17). Hacia
las horas de la tarde apareció la lluvia (con un pico de 10 mm. en media hora), por lo que el
caudal del río san Lorencito también comenzó a elevar su nivel de manera considerable.
Pese a que la lluvia cesó hasta ser prácticamente nula, el caudal siguió creciendo hasta llegar a
su máximo nivel de 1,5 mm/h aproximadamente una hora después de que el evento inicio. A
partir de allí, y con la merma en las lluvias, el caudal poco a poco inicio su reducción para
recuperar su nivel hacia las horas de la noche.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
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5
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Hora
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m/h
)
0
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Prec
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ción
(mm
)
Precipitación Libre Caudal
Figura 17: Relación entre la precipitación (mm) y el caudal (mm/h). 03-11-2006. Elaboración Propia.
El cuarto evento es talvez el más representativo de todos los eventos documentados (Figura
18), ya que los datos fueron obtenidos en un lapso de 5 horas y hubo cambios muy interesantes
a lo largo de la tarde.
Nuevamente en la tarde inicia la lluvia de manera bastante intensa alrededor de las 4 p.m.,
manteniéndose por aproximadamente una hora. A partir de que el aguacero empezó, el caudal
también inició un crecimiento que llego a su clímax de casi 3,5 mm/h (casi 7 veces el caudal
- 71 -
inicial), luego de lo cual inició el descenso, que iba de la mano con la reducción en la
precipitación. El caudal bajó poco a poco hasta que hubo una pequeña lluvia casi al finalizar la
tarde (es probable que una lluvia mayor se haya registrado aguas arriba) que hizo que el nivel
se elevara una vez más, luego de lo cual éste inició su descenso a los niveles normales ya que
la lluvia había finalizado.
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
5
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13:50
16:05
16:20
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Hora
Q (m
m/h
)
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Prec
ipita
ción
(mm
)
Precipitación Libre Caudal
Figura 18: Relación entre la precipitación (mm) y el caudal (mm/h). 21-07-2007. Elaboración Propia.
3.3.3. La precipitación dentro del bosque
Una de las principales funciones del bosque es la disminución de la erosión por medio del
amortiguamiento del agua que cae en forma de lluvia para así minimizar su impacto y, por
ende, su potencial erosivo. Por lo tanto existe una relación directa entre la precipitación y la
cobertura vegetal.
Para cuantificar la cantidad de agua retenida por los estratos del bosque se ubicaron cinco
pluviómetros dentro del bosque y se hicieron mediciones a las mismas horas en las que se
midió el pluviómetro que se encontraba al aire libre. Posteriormente se sumaron y promediaron
- 72 -
los valores de los pluviómetros bajo cobertura y se contrastaron con los valores al aire libre
para observar como varía su comportamiento según la intensidad de la lluvia.
De las cuatro mediciones solamente se tomaron en cuenta las dos finales, ya que eran las que
tenían mediciones de los cinco pluviómetros bajo cobertura a las mismas horas que las
mediciones en el pluviómetro libre. Las dos primeras mediciones tenían datos incompletos
respecto a los medidores dentro del bosque, por lo que podría haber errores en las
interpretaciones.
Cuadro 6: Efecto de la cobertura vegetal sobre la precipitación
Intensidad total del
evento (mm/h)
Pluviómetro Libre
lluvia acumulada (mm)
Promedio pluviómetro
Bajo Cobertura (mm)
% Interceptado
por el bosque
Evento 3 18.51 19.99 11.74 41.28
Evento 4 3.98 18.44 16.01 11.24 Elaboración propia basada en datos recopilados en campo, 2006-2007.
El cuadro 6 nos muestra la acción reductora del bosque. Cuando se dio un evento de mayor
intensidad, se retuvo una gran cantidad de agua, mientras que cuando hubo una lluvia
constante pero leve, prácticamente toda esa precipitación llego eventualmente a la tierra.
La perdida de agua en eventos intensos se debe a que el agua se acumula en la raíz de las hojas
en los diferentes estratos del bosque hasta que se rebalsa y escurre por sitios como los troncos
y los tallos de las plantas, las cuales por su parte colaboran a elevar la escorrentía superficial en
la superficie del suelo.
Cuando la intensidad es baja, el agua escurre por los ápices de las hojas de manera normal, por
lo que el siempre se precipita al suelo como lluvia, en vez de quedar “atrapada” en el bosque.
- 73 -
Con lo anterior se destaca nuevamente la importancia del bosque, ya que casi la mitad de la
precipitación no llega a impactar el suelo, y con ello el potencial de erosión por medio de las
gotas se reduce drásticamente.
Al haber mucho menos material removido, es mucho más difícil que el agua que escurre por el
suelo lo transporte y lo lleve al río, con lo que se disminuirá el aporte de materiales aguas
abajo.
La acción del bosque se refleja en los modelos hidrológicos que se detallan el en capítulo
siguiente, en contraste con otras coberturas que protegen menos el perfil edáfico.
3.3.4. Tiempos de concentración
La presencia de lluvias se reflejan en un aumento inmediato del caudal; esto nos indica que el
tiempo de concentración en la microcuenca es bajo.
Para explicar la rápida velocidad de crecimiento del caudal respecto al tiempo de la
precipitación, se observarán los tiempos de concentración para los eventos en relación con la
intensidad de cada uno. Se tomó como referencia la hora (60 minutos lineales) en que más
llovió para calcular la intensidad.
Para simular el suelo seco y el húmedo (o saturado) se utilizaron distintos valores de k: 0.06
para el suelo seco y 0.1 para el húmedo (Cuadro 7). Se interpretó que el suelo seco lo
encontramos entre febrero y abril, cuando la precipitación es menor a 300 mm mensual,
mientras que el resto del año se espera un suelo saturado, en mayor o menor grado.
- 74 -
Cuadro 7: Tiempos de concentración para cada evento en suelos húmedos y secos.
i (mm/h) tc en suelo seco (min) tc en suelo húmedo (min)
Evento 1 57.5 120 85
Evento 2 2 1099 781
Evento 3 19.12 245 174
Evento 4 15.18 286 203 Elaboración propia basada en datos recopilados en campo, 2006-2007.
Como se observa, a mayor intensidad de la precipitación, menor el tiempo de concentración. El
suelo tiene cada vez menor capacidad de infiltración, y al saturarse el exceso de lluvia se
desagua por escorrentía superficial, la cual hace que el agua llegue más rápida y directamente
al caudal del río y, finalmente, al punto de aforo.
La escorrentía superficial es el primer eslabón del proceso de transporte, ya que será la que se
encargue de remover y acarrear el material erodado hacia el río y posteriormente hacia
distintos sectores de la cuenca, donde se depositará.
3.3.5. Primeras depositaciones de material: el lecho del río San Lorencito
El proceso de remoción, transporte y depositación se da a muchos niveles, dependiendo del
tamaño de las partículas y la velocidad de la escorrentía superficial. El nivel más inmediato es
el lecho mismo del río, donde se depositan las partículas más pesadas y grandes que provienen
de las laderas.
Al observar las diferentes curvas tenemos una constante; las muestras van variando el
porcentaje de material grueso conforme se va descendiendo desde la naciente (Figura 19). En
la naciente el porcentaje de diferentes grosores esta más distribuido, esto refleja que ha habido
un menor transporte, ya que los materiales finos aun se encuentran allí y en buen porcentaje.
- 75 -
0 0,1 10
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
M-1 M-2 M-3 M-4 M-5 M-6 M-7 M-8M-9 M-10 M-11 M-12 M-13 M-14 M-15
FRACCIONES GRANULOMETRICAS
GRAVA GRUESA MAS DE 2 mm GRAVA FINA 1-2 mmARENA GRUESA 0,5-1 mm ARENA MEDIA 0,25-0,5mmARENA FINA 0,1-0,25 mm MUY FINA 0,05-0,1 mm
Q 1
Q 3
MEDIANA
Figura 19: Análisis granulométrico de los depósitos del río San Lorencito.
Elaboración propia basada en datos recopilados en campo y resultados del Laboratorio de Geomorfología, UCR, 2008.
Conforme se desciende, el porcentaje de material con mayor grosor se va acentuando hasta
llegar a niveles que superan el 80% en los sitios cercanos al punto de aforo.
- 76 -
Estos resultados nos explican como el río poco a poco va transportando los materiales finos, lo
cual indica un ambiente de alta energía, donde la cuenca siempre tiene un aporte hídrico
significativo, y donde eventos extremos son esperables.
El San Lorencito baja su caudal durante los primeros meses del año y siempre tiene una fuerza
capaz de transportar los materiales finos en vez de dejar que estos se asienten. Los “playones”
que se observan están compuestos por arenas gruesas y, en un mucho menor porcentaje, por
arenas más finas; los porcentajes de limos y de arcillas son insignificantes, esto cuando se
manifiestan.
Los depósitos de arenas se observan en cualquier sitio donde la fuerza del río se reduzca, ya
sea por la topografía o por algún obstáculo encontrado. Por ello los grandes “playones” se
observan en sitios donde la pendiente es baja o en las cercanías de grandes rocas que han sido
transportadas.
3.3.6. Morfoscopía de los cuarzos
La esfericidad de las partículas contenidas en el lecho del río también puede ser una manera de
analizar los procesos erosivos que se dan en una cuenca. Las partículas más gruesas (arenas en
adelante) tienden a ir de una forma angulosa, puesto que su matriz son rocas que se fueron
resquebrajando por diferentes razones, hasta una forma más redondeada, la cual es dada por el
transporte a lo largo del río, donde la acción del agua como del roce con otras partículas van
dando una forma más redondeada a las partículas.
En el caso de la zona de estudio, se obtuvieron resultados contrarios a los que se hubiera
esperado por el efecto de desintegración y pulido de los materiales, es decir, las partículas
redondeadas se obtuvieron en mayor porcentaje en las zonas altas del río, mientras que las
partículas angulosas fueron elevando su porcentaje conforme se descendía hasta el sitio de
aforo final (Figura 20).
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Escala de esfericidad del lecho del río San Lorencito
0
10
20
30
40
50
60
70
80
123456789101112131415
M ue st r a
Angulares
Subangulares
Pulidos
Redondeados
Alargados
Figura 20: Relación porcentual de la esfericidad desde el punto de aforo (15) hasta la naciente (1).
Las explicaciones para este fenómeno podrían provenir del hecho de que como cada muestra se
obtuvo en los sitios donde las quebradas desembocaban, estas generalmente arrastran material
más “crudo”, o que ha tenido un menor transporte y exposición a la alta energía del sitio. Esto
puede provocar que no haya mucho arrastre entre el sitio de toma de muestra y el sitio de
proveniencia del material, lo cual haría que las partículas sigan siendo angulosas.
El porcentaje anguloso va siempre en decrecimiento desde la naciente del río hasta los sitios
más bajos del mismo donde se hicieron los aforos, aproximadamente 3.2 kilómetros aguas
abajo. Ello se explica por la turbulencia y la energía que tiene el río. Hay un resquebrajamiento
de las arenas, que no permite reducir las partículas angulares y mantiene relativamente estables
las redondeadas.
Adicionalmente, al ser tomadas cada vez que se observó que una quebrada llegaba al río, es
probable que el poco tiempo de transporte y la menor energía sobre las partículas, respecto al
- 78 -
material que se encuentra en el lecho del río, haya minimizado la acción de la desintegración y
el pulido, compensando así los porcentajes.
Otra razón que podría explicar este fenómeno es la época en la cual se recolectaron las
muestras. Éstas fueron obtenidas el 13 de marzo del 2008, un periodo en lo cual hay muy poca
precipitación, esto hace que la energía del río y su potencial de transporte sea muchísimo
menor que en meses de mayor caudal, como por ejemplo octubre o noviembre. Las muestras
no fueron recolectadas en esas fechas principalmente por razones de seguridad, ya que el
comportamiento del río en esos momentos es muy cambiante y podría traer material
desconocido o inclusive aumentar súbitamente el caudal.
3.3. VEGETACIÓN
Si hay una constante en el área de estudio además del agua, ésta es la cobertura vegetal. En
toda la zona se encuentra un bosque denso, con una sucesión en estado de clímax (Vargas,
1978), que a su vez es uno de los principales factores dentro de toda el área.
3.3.1. La vegetación regula sus procesos de la mano con el clima
La fenología del bosque presenta un comportamiento estacional, con la diferencia de que en la
microcuenca de estudio no hay un déficit hídrico. La realidad es que hay meses más y menos
lluviosos, de agosto a diciembre y de enero a abril respectivamente, pero nunca hay un faltante
de agua.
Lo anterior es reflejado en el hecho de los fenómenos de caída de follaje y brotadura de
vegetación son opuestos.
La mayor actividad de crecimiento vegetativo se da en la estación menos lluviosa, donde la
caída del follaje es mínima. A su vez, la pérdida de hojas alcanza su valor máximo en los
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meses de noviembre y diciembre, al contrario de cómo sucede en otros sitios del país bajo los
1000 metros pero y regímenes hídricos estacionales más extremos (Ortiz, 1976).
Este comportamiento también va de la mano con las horas de radiación solar. Ortiz (1976)
estableció que en el bosque del área la mayor brotadura se da entre enero y abril, donde los
días son menos lluviosos y más despejados, por lo que hay mayor disponibilidad de luz solar
para el crecimiento de nuevas especies.
Entre los meses de agosto a diciembre tenemos mayor cantidad de nubosidad y precipitación,
por lo que el proceso que prima es el de defoliación, con ello se comprueba que se puede tener
una misma respuesta de perdida de follaje tanto por falta de agua y exceso de iluminación (por
ejemplo en el Pacífico norte de nuestro país) como por exceso de agua y déficit de iluminación
(Ortiz, 1976).
Otro factor que puede colaborar en este proceso es el exceso de agua en el suelo, así como las
temperaturas más bajas. “Esto favorecería la evaporación en el bosque sin peligro por
iluminación en los pisos inferiores, mientras que un mayor aporte de hojarasca en esta época
refuerza la protección del suelo ante el exceso de lluvia” (Ortiz, 1976. Pág. 62).
El comportamiento fenológico de la vegetación y su nula alteración a lo largo de muchos años
dan como resultado un bosque primario y totalmente en equilibrio (Artavia, 2005) que brinda
las condiciones ideales para el estudio de la erosión bajo esas condiciones ambientales.
- 80 -
3.3.2. Fisonomía y estructura de la vegetación en la microcuenca del río San Lorencito
Además del clima, como se detalló anteriormente, el bosque también responde a factores como
la pendiente. El tipo de vegetación difiere conforme la topografía se hace más o menos
quebrada, aunque siempre se conserva una cobertura casi total sobre el suelo.
3.3.2.1. Cobertura Vegetal
Álvarez, Córdoba, Alfaro, Calvo y Espinoza (2004) hicieron 3 parcelas a diferentes altitudes
en el sendero Pájaro Sombrilla (1000, 950 y 900 m.s.n.m. respectivamente) utilizando el
método de Dansereau, que consiste en realizar un esquema de cobertura del estrato superior
mediante un cuadrante de 100 m2 (10 x 10 metros), donde se mide la cobertura de los árboles
para posteriormente dibujarlo. Este método brinda una fácil interpretación.
Figura 21: Diagrama de cobertura de las parcelas 1, 2 y 3 realizadas a lo largo del ascenso en el sendero Pájaro Sombrilla (Los puntos rojos
representan los troncos de los árboles encontrados). Tomado de: Álvarez, Córdoba, Alfaro, Calvo y Espinoza, 2004. Pags 13, 17 y 21.
Las parcelas 1 y 3 estaban en pendiente, mientras que la parcela 2 se encontraba en una zona
llana. En cada una se ubicaron los árboles y arbustos que allí había; posteriormente, se les
- 81 -
tomó la altitud y el ancho sus copas, para posteriormente esquematizarlo en un diagrama de
coberturas arbóreas (Figura 21).
La cobertura de la parcela 1 es de 75%, la parcela 2 un 45% y la parcela 3, un 81%.
Al ser un lugar plano (pendiente de 2º), el sotobosque, que es muy denso, ocupa la mayor parte
de la superficie de la parcela 2. La topografía ofrece una mayor facilidad para que las especies
individuales de menor tamaño se desarrollen; éstas tienen a su vez una menor cobertura
superficial. Las anteriores características generan una mayor competencia por el espacio entre
la vegetación y, con ello, un menor desarrollo de plantas o árboles de gran tamaño.
En las parcelas 1 y 3 tenemos pendientes más pronunciadas, de 16º y 26º respectivamente, allí
los grandes árboles con sus amplias copas predominan, ya que tienen un sistema de raíces más
desarrollado que les permite asirse con mayor fuerza al suelo, y con ello ser menos propenso a
ser removidos en eventos lluviosos o telúricos de fuerte intensidad, cosa que no sucede con la
vegetación de menor tamaño y desarrollo. Por esto hay una menor competencia entre las
plantas incipientes, y más bien la competencia se da por la luz solar entre los árboles ya
desarrollados.
3.3.2.2. Raíces
Las gambas o contrafuertes existen esencialmente dentro de las especies dominantes de
grandes árboles (Guarea rhopalocarpa, Cousarea impetiolais, Ficus cervantesiana y Pachira
aquatica) del bosque denso tropical húmedo y surgen gracias a de la falta de oxigenación en el
suelo generado por el horizonte argílico (Schnell, 1970). Lo anterior se cumple en la RBAMB,
donde se observan grandes árboles con altitudes comprendidas entre los 30 y los 50 metros.
Se encuentran bastante bien distribuidos, a razón de unos 3 árboles de este tipo por cada 100
m2 aproximadamente. Los árboles poseen amplias gambas, dentro de las cuales existe una
- 82 -
relación a favor entre la longitud de la gamba más larga y la dirección pendiente; de igual
manera, esta relación se mantiene entre las gambas más cortas, que están en contra de la
pendiente (Figura 22).
La observación anterior coincide con Schnell (1970) quien explica que la investigación de
Navez (1930) en Brasil determinó que en los bordes de valle (pendientes) se desarrollaban las
raíces gambas más grandes, mientras que en los terrenos planos, su distribución era mucho más
uniforme.
Figura 22: Diagrama de gambas. Se observa como la gamba más larga (en rojo) se encuentra a favor de la gradiente (G).
Tomado de: Álvarez, Córdoba, Alfaro, Calvo y Espinoza., 2004. Pag. 25.
Esto sugiere que la función principal de estas raíces en la zona es de soporte, como una
respuesta adaptativa a las fuerzas del viento y a la gravedad, expresado por la relación con la
pendiente (Álvarez, Córdoba, Alfaro, Calvo y Espinoza, 2004). Esta función es reforzada en la
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RBAMB dado que por la competencia por obtener la mayor cantidad de luz solar, los árboles
no siempre son totalmente verticales, y más bien se “deforman” para obtener la mayor cantidad
de luz, lo cual hace que las raíces tengan que resistir aun más peso sobre ellas. Otro factor que
maximiza la importancia de estas es toda la flora y fauna que se desarrolla en el dosel de los
árboles, y que por ende debe ser soportado por los contrafuertes.
Finalmente, otra de las grandes funciones del bosque, y las raíces en particular, es la de
mantener la estabilidad en pendientes superiores a los 25º (Vargas, 1991), por lo que debe
seguir conservándose bajo protección mediante la categoría de manejo que representa la
Reserva Biológica.
Tanto la cobertura como la estructura radicular de los grandes árboles colaboran en la
mitigación de la erosión. El bosque protege el suelo del impacto directo de las gotas de lluvia,
tanto en el dosel como en el sotobosque, mientras que la hojarasca representa la protección
directa en la superficie del suelo.
Las raíces, además de sostener el suelo, proporcionan un gran obstáculo para la libre
escorrentía del agua, con lo que se reduce la velocidad del flujo y con ello también disminuye
el potencial erosivo y de transporte del material removido a través de toda el área.
3.3.3. Especies Representativas
La mayoría de las investigaciones que se han realizado en la zona han sido llevadas a cabo por
biólogos, con lo que se ha logrado hacer una gran lista de especies que se encuentran dentro de
la RBAMB. Las colectas fueron iniciadas por el Dr. Alberto Ml. Brenes, y fueron
posteriormente retomadas mediante investigaciones a largo plazo que han realizado los
botánicos Jorge Gómez Laurito y Rodolfo Ortiz Vargas, con la colaboración del biólogo Víctor
Mora. Estos investigadores han informado de la presencia de 1150 especies de plantas
vasculares superiores, comprendidas en 130 familias y 436 géneros, y distribuidas en 500
- 84 -
especies de árboles y arbustos, 400 especies de epífitas y 100 especies de bejucos y lianas
(Gómez Laurito y Ortiz, 2001).
Foto 10: Flor que produce la especie Passiflora tica. Foto del autor.
El bosque se encuentra dominado por especies arbóreas; las más comunes son la Guarea
rhopalocarpa (Cacao de ardilla cocora), la Cousarea impetiolais (Huesillo), el Ficus
cervantesiana (Higuerón, Zapotón) y la Pachira aquatica (Poponjoche).
Uno de los principales descubrimientos en la zona fue el de la familia Ticodendraceae, con
un solo género y especie, Ticodendrom incognitum (Duraznillo, Jaúl macho, Jaúl nazareno,
Candelillo). También se observó por primera vez, una especie del género Passiflora con
hábito arborescente, contrario a los bejucos característicos de este genero, se trata de la
Passiflora tica (Salazar, 2000; Artavia, 2005) (Foto 10).
Otras especies representativas de la RBAMB se encuentran especificadas en el cuadro 8.
- 85 -
Cuadro 8: Otras especies representativas de la RBAMB Nombre Común Nombre Científico
Quizarrá Aiouea costaricensis Laurel Styrax argenteus Palmito Socratea exorrhiza
Caulín Alfaroa costarricensis Cedrillo Guarea excelsa
Cenízaro macho Abarema adenophora Cedro blanco Cedrela odorata
Cedro macho Trichilia americana Cedro colorado Cedrela salvadorensis Ceibo pochote Bombacopisis sessilis Cocobolo Cojoba costaricensis Quizarrá Canela Ocotea atirrensis Guabito Inga coruscans Agujilla Ladenbergia brenesii
Caraña Protium costarricense Corteza amarga Picramnia sp.
Fuente: Vargas, G. 1978.
3.4. CARACTERIZACIÓN BIOFÍSICA DE LA MICROCUENCA
El río San Lorencito se enmarca dentro de la dinámica geomorfológica del cuaternario, lo cual
explica que la zona aun esta en una etapa de formación.
3.4.1. Una microcuenca muy activa
Las mesetas inclinadas (o planezes) están recubiertas por lahares entrecortados por fallas
paralelas entre si, las cuales tienen dirección SW-NE, y se encuentran entalladas por los ríos
del área.
Su parte alta se caracteriza por tener pendientes muy pronunciadas, las cuales solamente
pueden ser explicados por la neotectónica del lugar (Bergoieng, 2007); esto hace que el sitio
sea propicio a la erosión laminar y a los deslizamientos, lo anterior se sustenta en el hecho de
que en este lugar se observan coronas de deslizamientos, al igual que drásticas modificaciones
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en las laderas y el lecho del río, con lo cual se intuyen fuertes movimientos erosivos. Estos
movimientos se reflejan en los flujos superficiales y finalmente en la red de drenaje del sistema
cuenca, por donde estos sedimentos son transportados hacia distintos lugares.
El mapa de pendientes evidencia cambios muy significativos que van desde los 2º hasta casi
75º, y donde más del 50% del área de la cuenca tiene entre 15º y 30º de inclinación (Figura
23).
Adicionalmente, la presencia casi ininterrumpida de humedad en la zona, favorecida por el
bioclima dentro de la cobertura boscosa tropical, deja ver en el área de trabajo el modelado
superficial, tal y como fue descrito por Tricart (1972) bajo estas características.
Los movimientos en masa son característicos durante todo el recorrido a través de la
microcuenca, siendo éstos el resultado de una suma entre las fuertes pendientes, la amplia
dotación de agua en el suelo y la presencia de ilita, que se encuentra sobretodo en las partes
altas, dada la rápida alteración (Fotos 11 y 12).
- 87 -
Figura 23: Mapa de pendientes de la microcuenca del río San Lorencito. Se observa como las pendientes se vuelven mayores conforme se
acercan al río, por el entallamiento que éste ha hecho a través del tiempo. Las fuertes pendientes se expresan en este mapa, más del 80% del
sitio de estudio tiene entre 15º y 50º de inclinación. Elaboración Propia
- 88 -
Foto 11: La ilita / caolinita se observa con mayor frecuencia cerca de la naciente del río San Lorencito. Foto del autor, 2008.
Foto 12: Movimientos en masa, característicos en toda la microcuenca. Foto del autor, 2008.
La reptación se percibe a simple vista, y se encuentra mayoritariamente sitios con leve
pendiente o planos, ya sea en las cimas de los cerros o en los que se forman a la mitad de las
pendientes (Foto 13). La escorrentía, como se ha comentado previamente, es un proceso que se
desarrolla en toda la microcuenca, especialmente durante intensos eventos lluviosos.
Foto 13: Reptación observada en la cima de una de las laderas de la microcuenca. Foto del autor, 2008.
- 89 -
Los tres procesos mencionados son frecuentes en todo el sitio, y serian mucho mayores si la
cobertura vegetal se redujera o se eliminara, ya que se perdería el amortiguamiento de las gotas
de lluvia y el sostén de material que proporcionan las raíces; adicionalmente, se prescindiría de
el bioclima que encontramos dentro del bosque, y que mantiene el equilibrio de toda la biota.
3.4.2. Caracterización superficial de la microcuenca del río San Lorencito: un legado de la actividad volcánica.
Todos los fenómenos físicos, químicos y biológicos que meteorizan o alteran los materiales
originales para que se forme un suelo son regulados también por aspectos locales, como la
topografía, la vegetación y la acción de los drenajes externos. Siendo éstos más importantes en
las zonas tropicales que el factor temporal, que tiene una mayor importancia en las zonas no
tropicales (Saénz, 1966).
El clima regula la meteorización, haciéndola más dinámica en zonas bajas con temperaturas
elevadas, mientras que en las zonas más frías, bajo los 22ºC de temperatura media anual, es
posible que se acumule una considerable cantidad de materia orgánica en el suelo (Aubert y
Tavernier, 1975); la temperatura media en la RBAMB es de 21ºC y sus suelos tienen altos
porcentajes de materia orgánica, lo que reafirma esta aseveración.
Teniendo en cuenta la geología, geomorfología y evolución de los suelos, se puede esperar que
en la zona de estudio éstos tengan características como las que se detallan a continuación.
Vargas (1978) los caracteriza como “profundos, de dos a tres metros de espesor, que yacen
sobre un material volcánico del Terciario, constituido, especialmente, por coladas de basalto y
lavas andesíticas”. De igual manera, nos menciona el importante aporte de la vegetación, que
suministra la materia prima para el humus, que posteriormente se incorporará al material
mineral del suelo. Finalmente, los definió como un andic humitropept, que en este caso se
desarrollan sobre la formación Aguacate, con una temperatura constante todo el año y con una
capa de material orgánico en el horizonte A.
- 90 -
Lo anterior concuerda con Malagón (2003), ya que entre los suelos en los que se destaca la
fuerte acción del clima tenemos a los andisoles y su proceso de formación, en conjunto con la
andolización, que son los complejos de absorción dominados por alófanas y humus.
Los suelos andisoles del Valle Central son caracterizados por Alvarado, Bertsch, Bornemisza,
Cabalceta, Forsythe, Hernríquez, Mata, Molina y Salas (2001). Éstos suelos tienen una alta
porosidad total y de macroporos que coadyuvan a la formación de microagregados estables,
con lo que se favorece una alta capacidad de infiltración; lo cual los hace muy importantes en
las zonas de recarga como la de la microcuenca del río San Lorencito. Adicionalmente, se
establece que la erosión ocurre principalmente cuando las lluvias son muy intensas y el manejo
no es adecuado. En un sitio con régimen de protección como la RBAMB, la acción erosiva
natural es baja, dada la gran cobertura forestal y los signos de ésta son solamente visibles en
grandes eventos de lluvia, donde como se explicó, es la intensidad de la lluvia la que genera la
remoción de material.
Figura 24: Zonificación del área de estudio según topografía y ubicación de sus laderas. Elaboración Propia
- 91 -
Para efectos de mejor comprensión, las laderas de la microcuenca se catalogaron mediante las
letras A y B, siendo la ladera A la que se encuentra al noroeste del río San Lorencito, mientras
que la ladera B es la que se localiza en frente de esta, al sureste del río (Figura 24).
3.4.2.1. Descripción del perfil de alteración
Las calicatas nos muestran que, si bien los suelos tienen texturas similares, su estructura es
diferenciada en ambas laderas. Éstas se realizaron en un día sin presencia de lluvia, aunque con
evidencias de que en días recientes si hubo una precipitación considerable, por lo que las
características del suelo pueden relacionarse directamente a los suelos de la época lluviosa, los
que mayor erosión y escorrentía presentan.
La primera de ellas se realizo en la ladera A, en un sitio cubierto de bosque con una pendiente
de 5º, aunque ésta variaba a 28º y luego 43º en cuestión de dos metros lineales desde el sitio de
la muestra (Figura 25).
Se encontraron suelos que llegan a una profundidad de aproximadamente 50 cm., donde se
encuentran bloques de roca bastante sanos en su interior aunque muy meteorizados en la
superficie (Foto 11). El tamaño de los bloques, aunado a un sistema radicular mixto (raíces
finas, medias y gruesas) y un suelo granular hacen que haya una excelente percolación del
agua. No se observo estrés en los árboles, éstos tenían los fustes muy rectos pese a la pendiente
del sitio. La ausencia de microorganismos y de animales como lombrices dentro del perfil nos
ilustran también que el suelo no requiere de ellos para mejorar su estructura y porosidad; una
evidencia más de lo sano y de la calidad del mismo.
Los bloques de roca que se encontraron son de un material basalto-andesítico, pertenecientes a
una colada de un antiguo cono volcánico del Plio-cuaternario (parte de la formación
Aguacate), cuyo remanente se sitúa a unos 3 km. al suroeste aguas arriba, de una caldera cuyos
- 92 -
bordes están formados por la fila Cedral, el Cerro Jabonal y la fila Volcán Muerto (Bergoeing,
2008).
El segundo perfil se efectuó en la ladera B, el lugar estaba cubierto por bosque y en una
pendiente de 2º, aunque esta aumentaba a 48º y 70º en la misma escala que la muestra anterior
(Figura 26).
En contraste con el sitio de observación descrito anteriormente, se logró llegar hasta el metro
de profundidad sin encontrar bloque alguno, y no se pudo constatar la profundidad a la que se
encontraba la roca madre. Las raíces eran mixtas (gruesas, medias y finas) hasta los 50 cm.,
posteriormente, éstas se observaron durante 20 cm. más, pero solo de tipo fino. A esta
profundidad también se palpó un cambio de textura al tacto, desde una limo-arcillosa que se
obtuvo durante el primer medio metro de profundidad, hasta una arcillo-limosa que se encontró
a mayor profundidad; la presencia de arcillas era cada vez mayor, así como de arenas.
Los árboles que se observaban se encontraban con una ligera inclinación para contrarrestar el
efecto de la pendiente. En ningún momento se observo una saturación de agua en el suelo,
aunque en este lado si se daba la presencia de lombrices que colaboraban con la formación de
los macro y microporos que se observaron en el suelo.
La diferencia entre las profundidades de ambos suelos y su conformación puede estar dada por
la existencia de distintas coladas, aunque si se evidencia totalmente que la acción del agua es
clave para la alteración de la roca y la formación del suelo; a su vez, esta acción hídrica se ve
fomentada por la presencia de bosque en toda el área, cuyas raíces se extienden de manera casi
uniforme en los primeros 50 cm. de profundidad.
- 93 -
Foto 11: Las rocas se encuentran meteorizadas en la superficie aunque en el interior su estructura es muy sana. Foto del autor, 2008.
La suma de estos factores da como resultado una excelente estructura del suelo, que facilita la
infiltración a través de él y, posteriormente, a través de las rocas. Todo lo anterior hace que el
sitio pueda soportar con facilidad el efecto la gran cantidad de lluvia que cae en la zona, pese a
las fuerte pendientes que se encuentran en el lugar; con ello se reafirma la importancia y
necesidad de conservar estos bosques en donde sea posible.
- 94 -
Figura 25: Calicata en la ladera A. Elaborado por: Johan Córdoba Peraza
- 95 -
Figura 26: Calicata en la ladera B. Elaborado por: Johan Córdoba Peraza
- 96 -
3.4.2.2. Textura del suelo
Con las muestras obtenidas en campo, se logró tener una idea como son los suelos del área de
estudio, donde nuevamente se observaron diferencias, en este caso entre los suelos de las
laderas y los de los planos que se encuentran en las cimas de esas laderas (Figura 27). La
diferencia entre las características y la textura de ambas zonas explican procesos inherentes a
la erosión hídrica.
Textura general del suelo de la microcuenca del rio San Lorencito
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Total Arriba Ladera
Zona de Muestra
Porc
enta
je Arcillas
Limos
Arenas
Figura 27: Textura general del suelo en la microcuenca del río San Lorencito, así como de las zonas altas y de las laderas. Elaboración
Propia
En los suelos de las zonas altas hay una distribución homogénea de los materiales, lo cual nos
denota un tipo de textura franco-arcillosa. Esto favorece la saturación del suelo en presencia de
precipitaciones y, justamente, es desde estos sitios donde buena parte de la escorrentía
superficial inicia su camino, removiendo y transportando los materiales de las pendientes para
llevarlos, finalmente, al río.
- 97 -
Las laderas tienen suelos con una textura franca, lo cual nos indica un menor porcentaje de
materiales arcillosos; son precisamente estos materiales los que se remueven y transportan con
mayor facilidad. A este proceso debemos aunar que en presencia de fuertes aguaceros, las
gotas procedentes del cielo (o los árboles) también ayudaran a remover parte del suelo, que
será más fácilmente transportado.
Las arenas y los limos, en cambio, son ayudados por la disminución de la velocidad de la
escorrentía superficial por las raíces y la hojarasca, gracias a ello se favorece la depositación y
se disminuye la distancia que son transportados. Un volumen considerable de agua acarreará
los tres tipos de partículas, pero los que menos se desplazarán serán las arenas y los limos (de
allí su aumento en estos sitios), mientras que las arcillas permanecerán en suspensión hasta que
el agua prácticamente esté en reposo.
Se observa entonces como el tipo de suelo, aunado a la acción de la vegetación generan las
condiciones propicias para, aún en sitios de alta pluviosidad y pendientes fuertes, una erosión
baja.
Knox y Maldonado (1969) y Martini (1969) nos expresan que los procesos genéticos más
importantes para este tipo de suelos son: la acumulación de materia orgánica, la lixiviación de
sales y los iones intercambiables, la meteorización de los materiales primarios, incluyendo el
vidrio, para formar arcillas, el desarrollo de la estructura y la deposición sucesiva de material
fresco. Todas estas características se observan en el área de estudio
3.4.2.3. Presencia de cenizas
Uno de los materiales que los materiales que más contribuye a la formación de arcillas son
las cenizas. Las depositaciones luego de eventos volcánicos no solo revelan y confirman la
historia geológica de la zona, sino que colaboran con la formación de nuevo suelo.
- 98 -
Luego de trabajar las seis muestras aleatorias en el laboratorio, se comprobó que en todas
ellas había presencia de cenizas, dada su reacción positiva a la aplicación de NaF (Foto 14).
Se deduce entonces que en todo el suelo de la microcuenca tenemos presencia de este
material que será alterado para contribuir con la pedogénesis de la zona.
Foto 14: El color morado luego de aplicar NaF confirma la presencia de cenizas en todas las muestras seleccionadas. Foto del autor
3.4.2.4. La formación de las arcillas
Aunque los materiales más finos son los más propensos a erodarse, la acción de la
meteorización, de los microorganismos y de las raíces contribuye a renovar constantemente las
arcillas.
La arcilla se forma por la alteración de minerales existentes o de la síntesis desde diferentes
elementos cuando los minerales se meteorizan hasta su forma original. Al ser suelos
volcánicos, la arcilla proviene de dos fuentes, una superficial y otra subsuperficial.
- 99 -
El primer caso es el de la meteorización de las cenizas, que se genera por acción hídrica, en
conjunto con los microorganismos y las raíces de los árboles y plantas. Esta formación de
arcillas reduce, por ende, el porcentaje de limos que se encuentran en el suelo de estas zonas,
ya que las cenizas volcánicas son catalogadas como limos.
A nivel subterráneo, se da una formación de arcillas por la lenta desintegración de las rocas
que se encuentran en el perfil del suelo, así como el horizonte C que, como se menciono, varía
en su profundidad según la ladera. Esto explica porque las arcillas se encuentran con mayor
presencia conforme se aumenta la profundidad.
Lo anterior hace que los suelos de estas zonas tengan una buena capacidad de infiltración en
superficie, pero que se saturen con mayor facilidad conforme se desciende en el perfil, y
conlleva a que las raíces de plantas y árboles sean relativamente profundas, aunque conforme
aumente el tamaño del árbol, también se hacen radiales, con lo que pueden aprovechar al
máximo el agua que se encuentra a disposición luego de una lluvia o que se obtiene por
condensación.
Las propias zonas altas tienen sus diferencias. En los la ladera A hay una mayor concentración
de arcillas que en la ladera B. De igual manera, el sector B tiene mayor cantidad de arenas que
el A. Este hecho infiere que hay (por poco que sea) una mayor erosión del sector B, dada su
menor concentración de materiales finos y mayor de materiales pesados, como la arena.
En consecuencia con las zonas de ladera, el sector B del área de estudio tiene una menor
concentración de arcillas y mayor de arenas con respecto al sector A. Estos resultados
concuerdan con lo antes descrito respecto a que la ladera A tiene menor propensión a la
erosión que la ladera B.
Hay dos explicaciones para estos resultados. La primera de ellas es de orden topográfico. En el
sector A hay mayor superficie de zonas planas en las partes altas, éstas son más anchas y que
- 100 -
en el sector B, donde los planos son mucho más angostos. Este hecho facilita la producción de
arcillas en los sitios donde hay una mayor superficie “estable”, es decir, plana; lo cual le da
ventajas al sector A respecto al B.
El segundo factor es antrópico. Si bien, la intervención sobre la cuenca de estudio y la
RBAMB en general es muy baja, si hay que dejar claro que la infraestructura (estación
biológica, calle de acceso, planta eléctrica) y los senderos más utilizados se encuentran en el
sector B de la cuenca. Este hecho facilita la remoción del material en las zonas aledañas y, por
ende, mayor erosión.
Otro hecho a destacar es la fuerte meteorización que sufren los suelos. De los tres tipos que
existen (química, física y biológica), las dos que predominan en el sitio son la química y la
biológica.
La meteorización química se manifiesta sobretodo en el proceso de hidrólisis del agua en
conjunto con los suelos, donde hay una transformación de los elementos originales en arcilla.
La meteorización biológica es la que es acelerada por la vegetación, ya sea por la producción
de CO2 en la respiración, como por el suministro de materiales para el humus, incluyendo
ácidos húmicos (Sáenz, 1966). Otros ejemplos de esta meteorización pueden ser el
agrietamiento de las rocas por parte de la expansión de raíces, al igual que efectos como la
descamación de los materiales coloidales.
3.4.2.5. La materia orgánica
La materia orgánica identificada en las condiciones de los suelos del área de la cuenca del río
San Lorenzo según Vargas (1978) es de 7,5%. Se encuentra en los primeros 10 centímetros
(horizonte A), sin embargo, en la microcuenca del río San Lorencito, este porcentaje se logró
estimar entre el 20 y el 40%.
- 101 -
Estos porcentajes anteriormente citados, varían entre las zonas altas y las zonas bajas de la
microcuenca; la razón es básicamente topográfica, ya que en las cimas el terreno es más plano,
lo que favorece el desarrollo de plantas, animales y microorganismos, quienes son los
elementos que forman esta materia. En las zonas bajas y de ladera, al haber un terreno más
quebrado, hay menor oportunidad de que los microorganismos ejecuten su trabajo con la
misma facilidad, lo cual reduce el porcentaje orgánico del suelo.
Cuadro 9. Relación entre la Materia Orgánica (M.O.) del suelo y su pH.
% M. O. promedio pH promedio
TOTAL 26.97 5.55
Zonas Altas 29.98 5.49
Laderas 23.97 5.63 Elaboración Propia en base a resultados de laboratorio, 2008.
Hay una relación muy marcada entre el porcentaje de materia orgánica de los suelos y su pH
(Cuadro 9).
La descomposición de la materia orgánica tiende a acidificar el suelo. En las muestras
obtenidas de las zonas altas, el pH promedio fue relativamente ácido. Al igual que en la
materia orgánica, hay una diferencia entre las zonas altas y las laderas debido a factores ante
todo topográficos. El ejemplo más claro de esta relación lo tenemos en la muestra #22, la cual
se encuentra en el punto más alto de la cuenca, donde el porcentaje de materia orgánica del
suelo es de 38%, mientras que su pH es de 3.84; ambos son los valores máximos en sus
respectivos campos.
3.4.3. Tipo de suelo
Los resultados anteriores concuerdan perfectamente el suelo Andic humitropept que menciona
Vargas (1978), y que es definido por el Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG, 1991)
- 102 -
como “de relieve fuertemente ondulado a escarpado, moderados a profundos, con texturas
moderadamente finas, colores pardo oscuro, pardo, rojo oscuro, rojo amarillento a pardo
fuerte, de drenaje bueno, poco permeable y de fertilidad pobre; presenta pedregosidad variable
y efectos erosivos ligeros”.
- 103 -
Capítulo 4: COMPRENDIENDO LA DINÁMICA EROSIVA DEL BOSQUE: APLICACIÓN DE UN MODELADO HIDROLÓGICO EN LA MICROCUENCA DEL RÍO SAN LORENCITO
4.1. INTRODUCCIÓN
La Reserva de San Ramón es un sitio ideal de estudio dadas sus características únicas, como lo
son el bosque tropical primario en equilibrio, la posibilidad de tener una estación bien
equipada para facilitar el trabajo de campo, una microcuenca relativamente pequeña, que
favorece el poder recorrerla a pie y un sitio con gran cantidad de lluvias para observar la
dinámica del río San Lorencito, y el área en general.
El sitio se vuelve ideal para realizar diferentes modelados, tanto de la realidad, como de
escenarios que suceden en el resto del país y el mundo. Con ello se podrá observar como
afectan las diferentes actividades humanas a un medio tropical y natural en equilibrio.
Por lo esgrimido anteriormente, el objetivo principal del estudio se centra en estimar, mediante
un modelo hidrológico, la tasa de erosión laminar que se genera en la microcuenca del río San
Lorencito en relación con sus características climáticas, vegetales, topográficas, edáficas y
geomorfológicas para caracterizar el comportamiento de la remoción de materiales en una
cuenca en equilibrio y en un medio tropical.
Para ello se aplicó el modelo hídrico en cuestión mediante la introducción de los datos
obtenidos y valorados, para con ello estimar el material erodado de manera laminar en toda la
microcuenca.
- 104 -
También es importante explicar el comportamiento de la erosión en una cuenca tropical con
características especiales para alimentar y fomentar los estudios de este tipo en nuestro país.
Adicionalmente, y de manera más puntual, la zona de estudio permite observar y evaluar la
respuesta, tanto de la escorrentía superficial como de la erosión, de la microcuenca ante los
eventos de precipitación que se dan en el lugar, que con bastante frecuencia son de tipo
torrencial (es decir, aguaceros fuertes pero de corta duración).
4.2. DECRIPCIÓN, JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LOS ESCENARIOS
Los escenarios se utilizan para intentar predecir como reaccionaría la microcuenca del río San
Lorencito ante diferentes modificaciones, eminentemente antrópicas.
El valor de uno o varios escenarios en un modelado es el hecho de poder observar y cuantificar
como se comportará el objeto de estudio ante una situación determinada, sin tener que pasar,
valga la redundancia, por esa situación. Al tener mejores panoramas sobre los impactos
(negativos o positivos) ante cada circunstancia, se pueden elaborar medidas que prevengan,
mejoren, mitiguen, o que inclusive puedan eventualmente eliminar esos impactos.
En el caso de esta investigación, se generaron cuatro escenarios basados en uno de los
principales problemas que aqueja a nuestro país: la deforestación.
El primer escenario es el más extremo de todos, y se genero asumiendo una deforestación total
en toda el área de estudio; el suelo quedó por ende totalmente descubierto y sin algún tipo de
capa vegetal que logre disminuir el impacto de la lluvia sobre la erosión del sitio.
En segundo lugar, se elaboró un escenario donde la zona previamente deforestada se tornó en
un sitio con pastos. Esto da al suelo una cobertura, aunque jamás podrá compararse con la que
le da el bosque original.
- 105 -
Para el tercer y cuarto escenario, se pensó en una de las situaciones más características de
nuestro país: las cimas de los cerros están cubiertos con bosque, mientras las laderas se liberan
para diferentes actividades. Con esto en mente, se elaboró esta situación unida a los dos
escenarios previos, por lo que el tercer escenario es un bosque en las partes superiores y una
deforestación total en las laderas; mientras, el cuarto y último escenario se dio con bosque y
pastos respectivamente.
Cabe recordar que al encontrarse bajo la más alta categoría de manejo, la RBAMB
probablemente jamás sufrirá de alguna de éstas modificaciones; pero precisamente para este
estudio es muy importante tener la variable más natural y prístina posible, como hace algunas
décadas se encontraba gran parte del país. A partir de este escenario natural total, los demás
muestran claramente como en los sitios ya modificados por la acción humana, la erosión, y el
caudal aumentan considerablemente en eventos lluviosos.
4.3. RESULTADOS
Para expresar las consecuencias del modelo y su aplicación, se obtuvieron 2 tipos de
resultados: uno que representa los caudales y otro que representa la carga de materiales
(erosión). Ambos serán críticos a la hora de analizar los resultados y sobretodo de observar las
diferencias que hay entre los diferentes escenarios.
Como se mencionó en capítulos anteriores, la mayoría de los errores son causados por
problemas en la introducción de los datos. Ya que el modelo toma en cuenta muchas variables,
realiza una gran cantidad de cálculos y genera diversos resultados, es imprescindible que los
insumos estén bien corroborados. Adicionalmente, hay ciertas incertidumbres que el modelo
siempre tendrá. Éstas vienen dadas por los procesos que KINEROS no puede simular, como
por ejemplo el rol de la hojarasca, la influencia de los animales, o la presencia de senderos en
la zona de estudio.
- 106 -
Como el modelo no evalúa ningún error causado por la calidad de los datos introducidos ni
por su propia estructura, se debe poner un margen de error a los resultados. En estos casos
la incertidumbre de los resultados se expresa en forma de un intervalo y se estima entre
20% y 40%.
4.3.1. Simulación de Caudales
La representación de caudales tiene como finalidad evaluar y visualizar la calibración del
modelo respecto a los valores reales, así como observar la variación de los mismos ante cada
escenario. Cuadro 10: Simbología para los caudales modelados por KINEROS.
Símbolo Nombre Explicación
P. Libre Precipitación registrada en el pluviómetro libre.
Q obs Caudal observado en el sitio de aforo.
Q bosque Caudal simulado por el modelo con cobertura boscosa.
Q pastos Caudal simulado por el modelo con cobertura de
pastos.
Q limpio Caudal simulado por el modelo sin cobertura alguna (suelo descubierto).
Q sucesionpastos Caudal simulado por el modelo con bosque en las cimas y pastos en las laderas de los cerros.
Q sucesionlimpio Caudal simulado por el modelo con bosque en las
cimas y suelo descubierto en las laderas de los cerros.
Elaboración Propia
El primer evento simulado es el del 10 de Junio del 2006 (Figura 28). Se observa como el
modelo reproduce con bastantes similitudes el pico del caudal y la baja del mismo. Asimismo,
los caudales simulados son particularmente elevados conforme hay un descenso en la cobertura
- 107 -
de vegetación, siendo el escenario del suelo descubierto el más extremo de todos, llegando a
los 70 mm/h en su fase máxima; el doble de lo que el caudal del río en condiciones normales
mostró en su pico. El rápido ascenso del caudal en este escenario refleja un descenso igual de
vertiginoso.
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) P. LibreQobsQbosqueQpastosQlimpioQsucesionpastosQsucesionlimpio
Figura 28: Caudales observados y simulados para el 10-06-2006. Elaboración Propia
La simulación con menor ascenso del caudal luego de la cobertura de bosque es la que
representa bosque en las cimas de los cerros y pastos en las laderas, superando el nivel unos 10
mm/h del observado; asimismo, la cobertura exclusiva de pastos eleva el caudal máximo hasta
niveles de 50 mm/h, que ya empiezan a ser críticos tanto para la preservación de un ecosistema
equilibrado como para las poblaciones y actividades humanas aguas abajo. El descenso del
caudal bajo estas dos coberturas es más lento, aunque se mantiene constante hasta llegar al
nivel base original.
Finalmente, en la simulación que ejemplifica una cobertura de bosques en las cimas, pero con
un suelo descubierto en las laderas, el río llega a tener caudales del orden de los 60 mm/h, casi
- 108 -
el doble de lo que ocurre en las condiciones actuales de la microcuenca. El caudal disminuye
rápidamente, y aunque no logra llegar a los valores registrados bajo suelo descubierto, supera a
los demás escenarios que tienen algún tipo de cobertura vegetal sobre el suelo.
El segundo evento que se simuló fue el del 21 de julio del 2007, más de un año después del
evento 1 (Figura 29). Se debe aclarar que en las ocasiones que se visitó el sitio posterior a la
primera medición se obtuvieron datos, pero estos no fueron lo suficientemente elevados (en lo
que a precipitación y caudal se refiere) para poder hacer una simulación que fuera
representativa del lugar.
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QobsQbosqueQpastosQlimpioQsucesionpastosQsucesionlimpio
Figura 29: Caudales observados y simulados para el 21-7-2007. Elaboración Propia
Nuevamente el mayor contraste se obtuvo al observar el caudal que se da con cobertura
boscosa y el caudal con un suelo completamente desprovisto de vegetación. El valor máximo
de la simulación con suelo descubierto es menor que en el evento anterior, pero en este caso
supera en más de tres veces el nivel observado.
- 109 -
Existe una diferencia entre ésta ultima simulación en relación a las demás, inclusive la que
representa al bosque con suelo descubierto en las laderas (que previamente tuvo valores
menores, pero cercanos), ya que su nivel es considerablemente mayor, con las consecuencias
que ello puede ocasionar.
Al haber una precipitación constante pero leve, las simulaciones que tienen algún tipo de
cobertura sobre el suelo tienen valores más cercanos entre ellas, aunque se mantiene el orden
del evento anterior, es decir, el caudal más bajo es el de los bosques con pastos en las laderas,
seguido de una cobertura total de pastos y finalmente el bosque con suelo descubierto en las
zonas de pendientes.
Nuevamente se observa un descenso muy acelerado del caudal en el escenario con suelo
descubierto, mientras que cuando este hecho se da con una cobertura de bosques en las cimas
la velocidad es menor, aunque siempre considerable.
Las coberturas de pastos y bosques con pastos otra vez reflejan un descenso lento y constante,
al punto de tomar más de una hora para llegar a los valores mínimos de los escenarios
anteriormente descritos.
La tercera simulación fue generada para retratar lo que podría suceder en un evento extremo,
es decir, lluvias intensas y constantes. Para ello se introdujeron los datos registrados en un
pluviómetro situado en la cuenca alta del río Sarapiquí durante el día de mayor precipitación
de la tormenta tropical ALMA, que azotó a nuestro país el año 2008; este día fue el 29 de
mayo (Figura 30). Al ser registrados automáticamente, se obtuvieron datos cada minuto,
aunque debieron ser sumados e introducidos a KINEROS con un intervalo de 15 minutos. Los
resultados reflejan lo sucedido en los 2 eventos anteriores.
Este evento debe dividirse en 4 sub-eventos, los cuales son fácilmente reconocibles. Cada sub-
evento nos indica picos tanto de precipitación como de caudal. Éstos son el resultado de
- 110 -
precipitaciones intensas pero cortas, mientras que los últimos dos, se dan como consecuencia
de una precipitación que fue tanto intensa como larga. Curiosamente, este evento refleja los
sucesos anteriores, ya que los primeros dos picos semejan al del 21 de julio del 2007, mientras
que los últimos dos son parecidos al del 10 de junio del 1006, en lo que a cantidad e intensidad
de lluvia se refiere.
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) P. LibreQbosqueQpastosQlimpioQsucesionpastosQsucesionlimpio
Figura 30: Caudales observados y simulados para el 29-5-2008 (Tormenta tropical ALMA). Elaboración Propia
En los dos primeros picos se observa como el caudal simulado bajo una cobertura boscosa se
eleva muy poco del nivel base del río sin llegar siquiera a duplicarse, el bosque y el suelo
logran aminorar el impacto directo del aguacero sobre el río. Algo relativamente análogo se
observa bajo una cobertura de bosques y pastos, aunque con valores levemente superiores a los
del bosque.
Bajo una cobertura exclusivamente de pastos, la lluvia logra elevar el caudal por sobre los 10
mm/h, el cual posteriormente desciende lentamente hasta los valores base del río. Similar
caudal se observa en el escenario de bosque y suelo descubierto, aunque en esta ocasión el pico
es levemente mayor y la baja del caudal es mucho más rápida que como se da en los pastos.
- 111 -
Una vez más, el mayor caudal se registra en el escenario sin cobertura vegetal. Los valores son
tan extremos que logran duplicar a los valores registrados por la cobertura de bosque con suelo
descubierto, y cuadruplicar al valor que se registra en un bosque denso. Igual de extrema es la
baja del caudal, que llega a sus valores originales al mismo tiempo que las demás
simulaciones, pese a la mencionada diferencia entre ellas.
Los dos picos finales nos reflejan la parte más torrencial de la tormenta. El bosque sufre un
aumento que supera en más del doble al nivel del caudal original, se llega a un máximo de
alrededor de 17 mm/h.
Los tres escenarios que tienen algún tipo de cobertura sobre el suelo tienen valores
evidentemente más elevados que el bosque, aunque son muy similares entre ellos, siempre
respetando el patrón que se ha mencionado desde un principio; los descensos del caudal
también son como los anteriores, el más rápido es el bosque con suelo descubierto, seguido del
bosque con pasto y finalizando con la cobertura total de pastos.
4.3.1.1. Calidad de los resultados
Para cada simulación se obtuvo el coeficiente de Nash-Sutcliffe (Cuadro 11), con ello se
observa que tan cerca estuvieron los resultados de la realidad. El 0 implica ninguna
aproximación y el 1 un resultado exactamente igual al observado.
Se muestran solamente los resultados de las primeras dos simulaciones, ya que la de ALMA se
hizo con la misma calibración que el primer evento, esto por ser el más torrencial de los dos.
Cuadro 11: Calidad de la calibración según coeficiente de Nash-Sutcliffe
Elaboración Propia
Evento Coeficiente NS
10-06-2006 0.71
21-07-2007 0.69
- 112 -
Ambos resultados son muy similares, rondando el 70% de exactitud, lo cual es considerado
como una calibración positiva.
4.3.2. Simulación de carga de sedimentos
Tal como en la modelación anterior, el cambio en la cobertura de la tierra genera marcadas
diferencias en lo que a erosión se refiere. Se infiere en este caso que entre mayor carga de
sedimentos tenga el río, mayor es la erosión que se da en toda la microcuenca.
20000
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Hora
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men
tos
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) P. LibreSedBosqueSedPastosSedLimpioSedSucesionLimpioSedSucesionBarren
Figura 31: Sedimentos simulados para el 10-6-2006. Elaboración Propia
Para facilitar la comprensión, se utilizarán los mismos colores para los diferentes escenarios
que se realizaron, haciendo la salvedad de que en este caso no es el caudal lo que se representa,
sino la cantidad de sedimentos generada en la cuenca, expresado en kg/s.
En el primer evento (Figura 31) se observa como nuevamente los mayores valores de aporte de
materiales se dan en terreno descubierto (con y sin bosque en la cima), aunque se debe notar el
- 113 -
hecho de que conforme la precipitación desciende, igualmente lo hace la carga de sedimentos,
con lo que eventualmente llega, paradójicamente, a ser el escenario de todos que menos aporte
genera al sistema.
Los sitios cubiertos con pastos y bosques con pastos tienen niveles relativamente bajos al
inicio, pero su nivel se mantiene muy alto conforme descienden las precipitaciones, con lo que
el aporte de materiales al sistema se eleva respecto inclusive a los suelos más descubiertos.
Cuadro 12: Cantidad de sedimentos durante el evento del 10-6-2006 para cada escenario.
Elaboración Propia
Cobertura Sedimentos Totales (kg)
Sedimentos (Ton/Ha/año)
Bosque 359.919 404,21
Pastos 391.685 439,89
Suelo descubierto 406.179 456,17
Bosques con pastos en ladera 376.698 423,06
Bosques con suelo descubierto en ladera 385.006 432,39
Como es de esperar, la menor erosión la tenemos en el bosque, aunque la reducción de las
lluvias no reduce tan rápidamente el aporte, sino que hay un descenso lento y constante hasta
llegar a los valores iniciales.
El suelo descubierto fue el que genero la mayor cantidad total de sedimentos durante el evento,
los pastos fueron los segundos que más cantidad de material aportaron al caudal. Los sitios con
bosques en sus partes altas hicieron un aporte menor, aunque de los dos, el que genero más
erosión fue el que tenia suelo descubierto en sus laderas. El bosque tuvo la menor cantidad de
sedimentos sobre el sistema al terminar dicho suceso (Cuadro 12).
- 114 -
Pese a la diferencia de sedimentos totales, en los cuatro eventos se obtiene un valor similar de
sedimentos por año, que varía entre las 400 y las 450 Ton/Ha/año aproximadamente.
El segundo evento (Figura 32) nos muestra una situación similar a la anterior, aunque con
pequeños detalles que debemos notar. El primero de ellos es que, si bien es cierto, los dos
escenarios que carecen de cobertura nuevamente son los que registran los mayores valores de
aporte de material, donde el suelo esta totalmente descubierto la diferencia es mucho mayor
que en el evento anterior (cuatro veces superior que los valores con bosque), mientras que
cuando tenemos bosques en las cimas de los cerros los valores son mucho más cercanos a las
dos coberturas con pastos.
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Hora
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ón (m
m) P. Libre
SedBosqueSedPastosSedLimpioSedSucesionPastosSedSucesionLimpio
Figura 32: Sedimentos simulados para el 21-7-2007. Elaboración Propia
El segundo detalle es que las zonas cubiertas con pastos de nuevo reducen lentamente su
aporte de sedimentos, con la salvedad de que en este caso la diferencia no es tan marcada y se
mantienen en valores cercanos a los de los escenarios con suelos descubiertos.
- 115 -
El tercer y último detalle se observa en el bosque, ya que la erosion que se da es muy baja, al
punto de nunca ser superada por los otros cuatro escenarios, tanto en el pico de precipitación
como cuando ésta disminuye.
Cuadro 13: Cantidad de sedimentos durante el evento del 21-7-2007 para cada escenario.
Elaboración Propia
Cobertura Sedimentos Totales (kg) Sedimentos (Ton/Ha/año)
Bosque 32.600 36,51
Pastos 55.781 62,47
Suelo descubierto 62.349 69,83
Bosques con pastos en ladera 48.255 54,05
Bosques con suelo descubierto en lade 53.896 60,36
Cuando observamos la cantidad total de material que se aporta durante todo el evento (Cuadro
13), tenemos resultados similares al evento anterior, con el suelo totalmente descubierto y los
pastos siendo los que más erosión generan. Debe acotarse eso si, los valores del bosque, que
son nuevamente los más bajos, solo que en esta ocasión con una diferencia mucho mayor
respecto a los bosques con pastos, que acarrean un 50% más de materiales.
Igual que con la cantidad total, se ve como en este caso si hay una diferencia apreciable entre
los valores máximos y mínimos. En el suelo descubierto hay el doble de sedimentos por año
que en el bosque, con lo que se destaca la protección que éste le da al perfil.
Respecto a lo que pudo haber sucedido durante la tormenta tropical ALMA, se obtuvieron
resultados interesantes (Figura 33).
- 116 -
Lo que nunca varia es el hecho de el aporte más alto de sedimentos siempre se obtiene en el
escenario sin cobertura vegetal; los picos más altos destacan por sobre las demás coberturas.
Se destaca nuevamente la rapidez con la que se regresa a los valores originales cuando la
precipitación amaina.
Los sitios cubiertos con pastos reflejan un comportamiento distinto, ya que en todos los picos
de lluvia se acerca e inclusive en ocasiones supera lo que se registra bajo una cobertura de
bosques con suelo descubierto. Esto es claro dado el rápido descenso que éste último tiene en
su aporte de materiales, mientras que la lentitud con la cual los pastos reducen sus sedimentos
no le permiten llegar a los valores base.
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
55000
60000
0:15
1:15
2:15
3:15
4:15
5:15
6:15
7:15
8:15
9:15
10:15
11:15
12:15
13:15
14:15
15:15
16:15
17:15
18:15
19:15
20:15
21:15
22:15
23:15
Hora
Sedi
men
tos
(kg/
s)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Prec
ipita
ción
(mm
) P. LibreSedBosqueSedPastosSedLimpioSedSucesionPastosSedSucesionLimpio
Figura 33: Sedimentos simulados para el 29-5-2008 (Tormenta tropical ALMA). Elaboración Propia
En lo que se refiere a la cobertura de bosques con pastos, se observa una drástica disminución
en los dos primeros picos respecto a los otros escenarios alterados, aunque en los dos picos
finales de precipitación, si bien es el menor de los cuatro, el nivel de materiales en suspensión
es bastante cercano a los otros tres.
- 117 -
El bosque denso también experimenta dos partes; en el primer pico sus valores son
extremamente bajos, logrando mantener la erosión al mínimo. Diferente es el comportamiento
en los picos finales, donde la precipitación logra elevar fuertemente el aporte de materiales al
punto de incluso de igualarse con los demás escenarios hacia el final de los descensos de
precipitación.
Cuadro 14: Cantidad de sedimentos durante el evento del 29-5-2008 (Tormenta tropical ALMA) para cada
escenario.
Elaboración Propia
Cobertura Sedimentos Totales (kg)
Sedimentos (Ton/Ha/año)
Bosque 2.117.278 2.371,35
Pastos 2.433.396 2.725,40
Suelo descubierto 2.453.737 2.748,19
Bosques con pastos en ladera 2.279.374 2.552,90
Bosques con suelo descubierto en ladera 2.340.312 2.621,15
Como en todos los eventos anteriores, el patrón respecto a cantidad de sedimentos totales se
mantiene (Cuadro 14). Los valores más altos los encontramos en suelo descubierto y el suelo
cubierto con pastos, posteriormente se encuentran los sitios con bosque en las cimas,
primeramente con suelo descubierto en ladera y luego con pastos. El bosque denso es el que
menos material aporta, aunque en un evento de esta índole es prácticamente imposible que la
cantidad de erosión sea baja.
La cantidad anual de sedimentos es muy similar en todos los usos, aunque se destaca que en el
bosque se descargan entre dos y cuatro toneladas menos que en los demás.
- 118 -
4.4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
La precipitación tiene un efecto definitivo en toda la microcuenca, tanto en los caudales como
en el aporte de sedimentos. Por ello es importante hacer notar como las diferentes coberturas
pueden o no, mitigar los efectos de la lluvia y con ello propiciar una rápida recuperación en el
sitio, así como reducir las amenazas sobre los seres humanos, animales y la vegetación misma
aguas abajo, donde se encuentran las distintas zonas de producción y asentamiento de la
sociedad.
Los bosques son esenciales para detener el efecto erosivo de las gotas de agua, así como para
propiciar y fomentar tanto la intercepción para uso propio, como la infiltración a través de los
suelos. Todo ello colabora a la reducción de los caudales y de la generación de material que
seria transportado por la escorrentía superficial a través de toda el área de captación del río.
En eventos de corta duración e intensidades medias, la cobertura boscosa atrapa solamente el
11% del agua caída; cuando los eventos son extremos, el bosque llega a filtrar el 40% de la
precipitación, transportándola a través de otros medios menos agresivos, como los troncos de
los árboles. Esto colabora a reducir la erosión del suelo por impacto, siendo el primer eslabón
para mitigar la remoción de materiales.
Lo anterior respalda la aseveración de Tricart (1972), cuando menciona que “el bosque denso
tropical es producto del clima, y gracias al crecimiento de su vegetación constituye una
especie de pantalla que se interpone entre la atmósfera libre y la superficie del suelo”.
Pese a que los suelos tienen aproximadamente ¼ de arcillas y se saturan rápidamente, también
la vegetación, mediante su sistema radicular, ayuda a drenar el agua a través del perfil, así
como utiliza un buen porcentaje para su propio crecimiento, con lo que el perfil edáfico está en
capacidad de recibir una buena cantidad de agua en tiempos relativamente cortos.
- 119 -
Las raíces, la hojarasca y la cobertura vegetal protegen al suelo, no dejan que se erode con
facilidad, propician la generación de arcillas mediante la meteorización de las cenizas, y en
esencia mantienen el equilibrio en un sitio tan dinámico y con pendientes muy fuertes, que de
otra manera no tendrían un perfil pedológico tan bien constituido.
Esta acción reductora se observa sobretodo en eventos con intensidades medias y de corta
duración (similares a la segunda simulación), los cuales son muy frecuentes en el área de
estudio, lo cual de paso explica la capacidad de resiliencia de este ecosistema, pese a la gran
cantidad de agua que cae todos los años, y la adaptación del bosque a este medio.
Fue precisamente en este tipo de eventos donde se registró la mayor diferencia en lo que a
aporte de sedimentos se refiere, ya que el suelo desnudo generó el doble de material respecto al
bosque. El uso más bajo, el bosque con pastos, no pudo competir con la acción natural en
equilibrio, ya que generó un 50% más de erosión que el bosque denso, reflejando nuevamente
su capacidad de disminuir la producción de materiales como ninguna otra cobertura.
Durante eventos extremos, que se registran con muy poca frecuencia anual, el bosque se
vuelve incapaz de cumplir el trabajo de proteger el suelo e infiltrar la lluvia. Simplemente es
demasiada agua para que sea soportada por el mecanismo natural, de allí que en estos casos los
valores, tanto de caudal como de erosión se eleven y se acerquen a lo que sucede en los
diferentes escenarios, cosa que no sucede en sucesos “normales”.
Se debe aclarar que no se eliminan los mecanismos morfogenéticos enumerados por Tricart
(1972): reptación, escurrimiento superficial y deslizamientos y movimientos de masa
profundos; pero el bosque si cumple una función vital dentro del sistema que regula y
minimiza estos mecanismos, haciéndolos mas leves y, por ende, menos dañinos para toda la
cuenca.
- 120 -
En lo referente a los escenarios, el primero de ellos es el de una cobertura total de pastos. Aquí
existe un contraste ya que, si bien es cierto, hay una cobertura sobre el suelo, ésta no logra
reducir el efecto erosivo de las gotas de agua, aunque si ejerce un efecto reductor de la
velocidad de la escorrentía superficial.
Con la reducción de la velocidad se comprende el porque de los caudales bajos y su lenta
disminución cuando deja de llover, ya que aún tiempo después continua llegando agua al río.
El problema que esto reviste es pasando al ámbito de la erosión: al no poder reducir la acción
erosiva de la precipitación, el material es removido y transportado (aunque la velocidad sea
lenta) hasta el río. Generando una carga de sedimentos que finalmente termina siendo casi tan
alta como en los suelos descubiertos, sobretodo los eventos más extremos.
El suelo descubierto es, evidentemente, el peor de los escenarios que podemos encontrar. Al no
haber ningún tipo de protección sobre el suelo, los tiempos de concentración son sumamente
rápidos, y el agua es libre de desplegar todo su poder, tanto en lo erosivo como en el transporte
de esos sedimentos removidos. La velocidad se eleva con las fuertes pendientes del área y llega
al río rápidamente, haciendo elevar el caudal hasta sus niveles máximos.
La única pausa dentro de esta sucesión se da cuando deja de llover, al no haber agua
disponible, la escorrentía cesa casi de inmediato, razón por la cual el caudal como la carga de
sedimentos baja bruscamente, llegando a niveles base en períodos de tiempo que inclusive
pueden llegar a ser menores a los 15 minutos.
Si el bosque de la RBAMB se deforestara en un solo día, sería cosa de un par de eventos
seguidos como ALMA para lavar casi la totalidad de sus suelos, esto conllevaría no solo un
enorme impacto ambiental, sino que también amenazaría fuertemente a toda la actividad
humana que se encuentra aguas abajo.
- 121 -
El escenario que ilustra bosques con pastos en las laderas es el “menor de los males”, ya que
las partes donde se recibe la precipitación primero, es decir, donde hay mayor distancia hacia
el caudal (y por ende, desde donde el agua toma mayor velocidad y potencial de transporte)
están protegidas por el bosque, el cual cumple funciones similares a las descritas con
anterioridad. Los pastos de las laderas no tienen la misma capacidad para proteger el suelo ni
prevenir la escorrentía, aunque al haber una protección en las partes más altas, cumplen la
función de ralentizar la velocidad de las aguas que descienden por las pendientes.
La erosión y caudal producida bajo este tipo de cobertura es la más baja entre los escenarios
alterados, pero su diferencia con los valores observados y cuantificados en el bosque es
demasiada, sobretodo en eventos “normales”, como para poder decir que es siquiera
comparable con un estado totalmente natural.
El cuarto y último escenario, los bosques con suelos descubiertos en las laderas, son
precisamente dos casos separados que se unen. La densa cobertura de las cimas detiene e
infiltra cierta cantidad de agua, ejerciendo un efecto protector, pero en el momento en que se
llega a la parte descubierta todo esto se pierde para dar paso a la erosión y el transporte de
sedimentos.
La velocidad del caudal y los materiales en suspensión es levemente menor al suelo totalmente
descubierto por el hecho de que el bosque ha hecho un pequeño logro en las partes altas, pero
esto no logra siquiera reducir significativamente los daños. Se comprueba una vez más que las
cuencas son un sistema totalmente integrado, partes altas y bajas, y la protección de una parte
de ellas no genera soluciones para la totalidad del área.
El modelo KINEROS y los diferentes escenarios propuestos han comprobado perfectamente lo
que puede suceder en un sitio con características tan especiales y únicas como la RBAMB. Se
pudo comprender la reacción ante las precipitaciones y su comportamiento, todo ello sin tener
- 122 -
que esperar a que el bosque sea deforestado o afectado, como desgraciadamente hemos tenido
que vivir en otras partes de nuestro país y del mundo.
- 123 -
Capítulo 5. HACIA UN MAYOR Y MEJOR ENTENDIMIENTO DE LAS RELACIONES NATURALES Y SUS POSIBLES IMPACTOS MEDIANTE MODELOS HIDROLÓGICOS.
5.1. CONCLUSIONES
El trabajo anterior explica, cuantifica, caracteriza y deja en evidencia el papel de los
bosques primarios del trópico como reguladores y reductores naturales de la erosión.
Específicamente, este estudio generó las siguientes conclusiones:
El proceso de remoción de materiales en zonas tropicales es alta, y aun más en sitios con
fuertes pendientes y altas precipitaciones, pero una cobertura boscosa puede reducir, en
eventos normales, más de un 50% del transporte de materiales en el río, así como un 75%
en lo que a aumento de los caudales se refiere.
Como fue demostrado, en eventos extremos la protección del bosque pierde eficiencia, pero no
por ello deja de ser efectiva. Bajo la simulación de la influencia indirecta de una tormenta
tropical sobre la región, se redujo un 15% del total de sedimentos y un 30% del caudal en el
punto máximo de la tormenta.
La vegetación en el dosel cubre cerca del 80% de la superficie, reduciéndose este valor en las
áreas de pendiente. Con la protección que ejerce el bosque no solamente se favorece la recarga
natural de acuíferos, sino que también se minimiza el daño sobre los suelos y se reducen
exponencialmente los riesgos para los seres humanos que viven en las partes bajas de las
cuencas.
- 124 -
El suelo es un insumo vital, de aquí surge el material que se erosiona y además es donde se
asienta toda la vegetación. Está compuesto en una quinta parte por materia orgánica, lo que
lleva su acidez promedio a 5.55. En su textura, mantiene una relación porcentual de 45-30-25
en lo que se refiere a arenas, limos y arcillas, aunque ésta varía a favor de las arcillas en sitios
planos y de manera opuesta en las laderas de las vertientes.
Al estar bien protegido por la cobertura del bosque y la hojarasca, el perfil pedológico ha
logrado llegar a más de un metro de profundidad en la ladera B, y tener más de 50 cm. en la
vertiente opuesta, observando al fondo rocas meteorizadas superficialmente, pero sumamente
sanas en su interior. Si se toman en cuenta las pendientes superiores a los 40º, se observa como
la interacción de todos los elementos antes mencionados es prácticamente perfecta.
Todo lo anteriormente concluye que el bosque es un factor decisivo en el control de la
dinámica erosiva de la microcuenca del San Lorencito. Ha desarrollado mecanismos para
minimizar y resistir la acción del clima sobre la capa de suelo, haciendo que la erosión natural
no sea suficiente como para romper su equilibrio. Por ello, la menjor manera de reducir la
remoción y transporte de materiales en zonas similares es conservando el bosque primario, ya
que como se observó, no se compara con las altas tasas de que deja la actividad humana.
El modelo arrojó diversos resultados, con una efectividad cercana al 70%, lo cual es bien
considerado por especialistas. Teniendo esto en cuenta, observando los resultados generales y
contrastándolos con la dinámica hidroclimática del sector, se concluye que pueden erosionarse
entre 35 y 40 ton/ha/año, mientras que si no hubiera cobertura vegetal alguna el valor sería de
unas 70 ton/ha/año, en el mejor de los casos.
Bajo una cobertura mixta, es decir, bosques y pastos la erosión se reduce, pero aún es 50%
superior a lo que se genera bajo el bosque. Esta cobertura combinada pierde un estimado de 55
ton/ha/año.
- 125 -
En eventos extremos, los valores máximos se disparan hasta poder llegar a perderse un
equivalente de más de 2.700 ton/ha/año, aunque para ello tendría que mantenerse ese condición
climática durante todo el año; ello es, climáticamente hablando, imposible.
A partir de las conclusiones anteriores se derivan unas más generales, más explicativas, que
intentan terminar de interpretar la dinámica natural del sitio:
La precipitación cumple un papel de héroe y villano, la gran cantidad de lluvias favorecen la
consolidación de una vegetación exuberante y un ecosistema único. Paradójicamente, es
precisamente la acción de las gotas que caen las que generan la primera etapa de la erosión,
que se complementa con la escorrentía superficial y el transporte de material cuando esa
cantidad de agua excede lo necesario por la biota.
La vegetación es el órgano viviente que se beneficia, necesita del suelo y del agua, pero no
puede permitir que las condiciones en las que se desarrolla se pierdan. Protege el suelo,
ayuda a la infiltración y aireación de ellos, obtiene gran parte de su alimento gracias al
agua, pero a la vez tiene que canalizar de buena manera la que no usa para que no la afecte
posteriormente.
El caudal del río es un indicador que no permite malas interpretaciones; el color del agua
refleja cuanta erosión se produce en las áreas superiores, así como el nivel del caudal
muestra la disponibilidad excesiva de agua en toda la microcuenca.
Las condiciones topográficas son las que logran que un ecosistema como este exista, pero
también son las que hacen que sea tan frágil y susceptible a las modificaciones externas
como las que, muchas veces sin pensar en consecuencias, generan los seres humanos con
total desconocimiento del comportamiento de la naturaleza.
- 126 -
La mínima alteración de esta dinámica podría hacer que ese equilibrio se pierda, generando
consecuencias no solo para el ecosistema local, sino también para todos los usuarios y
beneficiarios de esta y otras cuencas hidrográficas.
Finalmente, la aplicación de un modelado hidrológico mostró las consecuencias que
podrían ocurrir si se modifica el espacio bruscamente, como ha sucedido en muchos lugares
de nuestro país y del mundo.
KINEROS dio los resultados esperados, y con ello se dejó en claro que mediante la protección
y conservación de los bosques tropicales (principalmente aquellos que se encuentran en
equilibrio) se pueden mantener cuencas dinámicas, con un aporte hídrico que se extienda en el
tiempo y ante todo, con una baja cantidad de sedimentos producto de la erosión.
Con lo obtenido en este estudio se pretende ser un punto de partida para investigaciones
similares, con uso de tecnología, para identificar, reconocer y pronosticar reacciones de la
naturaleza ante posibles modificaciones externas, siempre intentando continuar con el
derecho a un medio ambiente sano y en pos de un verdadero desarrollo sostenible.
5.2. RECOMENDACIONES
Al realizar este trabajo, fue evidente la falta de mayor información, sobretodo cuantitativa, en
todo el sector de estudio. La inversión de la UCR en colocar recientemente una estación
meteorológica en las cercanías de la estación biológica es un acierto, y generará datos mucho
más precisos para futuras investigaciones.
De este trabajo se derivaron las siguientes recomendaciones:
- 127 -
Promover investigaciones a nivel geográfico en la RBAMB dadas sus condiciones únicas.
Este trabajo logró desnudar la falta de investigaciones que se desliguen de los estudios
meramente biológicos que han imperado en la RBAMB desde su fundación. Variaciones
espaciales de la humedad, condensación, erosión, geomorfología, ecosistemas, rutas de
conectividad, clima o precipitación son solo algunos de los ejes que pueden explotarse a
través de esta disciplina. Es imperativo que se mantenga y se mejore la utilización de la
RBAMB como instrumento de educación y concientización nacional dadas sus condiciones
únicas y unas muy buenas instalaciones que facilitan la investigación in situ.
Fomentar inversión y capacitación desde el nivel universitario para generar y ampliar el
uso de modelados en general. Para generar y ampliar este tipo de insumos es necesario que
se invierta, se capacite y se tome la importancia respecto a los modelos computacionales,
no solamente hídricos (como en este caso) sino en distintos factores naturales que actúan
sobre el medio, tanto natural como antrópico. La Escuela de Geografía puede explorar
también la posibilidad de abrir un curso que trate específicamente de este tipo de
simulaciones, sobretodo dada su privilegiada visión y comprensión del medio y las
relaciones (tanto naturales como humanas) que allí se desarrollan.
Buscar un aporte económico por “servicios a la reducción de la erosión”. Mantener la
RBAMB es costoso, y solamente el estado hace pequeños aportes que apenas alcanzan a
cubrir los gastos necesarios. Los beneficiarios de las buenas condiciones ambientales de la
cuenca deben aportar para que ese equilibrio y el conocimiento asociado a él no se pierda.
El consorcio CONELECTRICAS podría destinar una parte de sus ingresos para
mantenimiento y compra de equipos de la estación biológica, así como las asociaciones de
desarrollo cercanas pueden colaborar en el aspecto de la educación ambiental y de la
importancia de éste sitio particular para Costa Rica. Una alianza con el sector privado para
generar ingresos y resultados en sitios de interés común se antoja posible, tal y como
sucede en otros países del mundo.
- 128 -
Incentivar el acompañamiento del profesor a campo con el estudiante. El maestro, a
manera de instructor mejora sustancialmente la calidad de toma de datos, observación,
interpretación, respuestas y, en esencia, la investigación como tal de sus alumnos. Los
docentes deben ser partícipes en los trabajos de campo de sus pupilos, sobretodo en las
partes iniciales de sus investigaciones.
Mantener y expandir programas de educación ambiental para entender la dinámica del
bosque. Las políticas ambientales junto con la educación respecto a este tema debe ser
básico en todos niveles de la educación nacional; todos deben entender la importancia de
cuidar nuestro entorno, y para ello deben conocerlo, sentirlo y, ante todo entenderlo. Solo
así se podrá tener un futuro con las bellezas y beneficios que éste país les da a sus
habitantes y a quienes, desde otros sitios, desean ser parte de esa experiencia.
- 129 -
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