erosion

Introduccin

La erosin del suelo es una grave amenaza pa-ra el mantenimiento de sistemas agrcolas y am-bientales. Sin embargo, por el carcter discontinuodel fenmeno, ligado a la ocurrencia de lluvias in-tensas a veces espordicas, su percepcin por la so-ciedad es intermitente, a pesar de que cuando suce-den episodios catastrficos se exigen respuestas in-mediatas a la Administracin. En zonas semiridas,una consecuencia de gran importancia asociada a laerosin es la prdida de capacidad de almacena-miento de los embalses.

Un problema frecuente en estudios ambienta-les de embalses es la escasez de informacin pasa-da e incluso presente con la que obtener una buena

estimacin de la erosin y del volumen de sedi-mento aportado al embalse, y as poder planificar elptimo manejo de los recursos disponibles, mante-niendo el equilibrio natural del proceso de degrada-cin y regeneracin del suelo.

El IARA (1986) public una relacin de lascuencas de ros embalsados de Andaluca, clasifi-cndolos segn su nivel de degradacin. Las cifrasofrecen un panorama pesimista: 47 de las 76 cuen-cas estudiadas presentan prdidas de suelo superio-res a 50 toneladas por cada hectrea, al cabo delao. En particular, la cuenca del ro Colomera apa-rece en los primeros lugares, con un ritmo de132.94 t/ha/ao, y la del ro Cubillas, con 120.90t/ha/ao. Estas cifras contrastan con las reflejadasen los mapas de estados erosivos confeccionados

225INGENIERA DEL AGUA VOL. 7 N 3 SEPTIEMBRE 2000

ResumenEn este trabajo se analiza la produccin de sedimentos en las cuencas de los ros Cubillas y Colo-mera, afluentes del ro Genil, que tienen los embalses conectados. Para ello se ha aplicado la ecua-cin universal de prdida de suelo sobre las celdillas de una gran retcula en la que se han dividi-do las cuencas, abordando el estudio en un sistema de informacin geogrfica. La circulacin desedimentos se basa en los coeficientes de entrega definidos en funcin del tiempo de viaje por lasuperficie de la cuenca, propuesta por Dickinson y Rudra (1990) en el modelo GAMES, adaptndo-la en algunos aspectos al mtodo propuesto.Una vez validado el modelo, mediante la comparacin de los resultados obtenidos con los recogi-dos en la bibliografa, y ante la imposibilidad de realizar una correcta calibracin del mismo al noexistir datos experimentales suficientes, se ha realizado un anlisis de sensibilidad con el prop-sito de estimar el nivel de error introducido en los resultados del modelo, ante variaciones de suparmetro principal.Finalmente, se han simulado diferentes situaciones para localizar las zonas ms susceptibles demejora con diferentes prcticas de conservacin, concluyndose que el mtodo estima bien los ni-veles erosivos de las cuencas, y las cantidades de sedimento aportadas a sus respectivos embal-ses. Adems se ha determinado el valor umbral del llamado factor de cubierta por encima del cuales preferible un cambio de manejo del suelo frente a la proteccin directa de cauces fluviales, pa-ra disminuir el sedimento recibido por los embalses.Palabras clave: sedimentos, Sistemas de Informacin Geogrfica, modelo de gestin, simulacin deconservacin.

1. Departamento de Ingeniera Rural. Universidad de Almera.2. Departamento de Agronoma. Universidad de Crdoba. Telf.: 957 29 33 33; e-mail: [email protected]

Artculo recibido el 18 de noviembre de 1998, recibido en formas revisadas el 30 de marzo de 1999 y el 26 de enero de 2000, y aceptado para su publi-cacin el 10 de febrero de 2000.

ANLISIS DE LA PRODUCCIN DE SEDIMENTOS EN UNA

CUENCA CON UN SISTEMA DE INFORMACIN GEOGRFICA.

EL SISTEMA CUBILLAS-COLOMERA.Carvajal Ramrez, F.1 y Girldez Cervera, J.V.2

por ICONA (1987), de un orden de magnitud diezveces inferior, y con las estimaciones de los tcni-cos encargados de la gestin y control del embalsedel Cubillas (Masa, 1996) que cifran la produccinde sedimento de la cuenca en 4.77 t/ha/ao en fun-cin a mediciones indirectas del suelo recibido enel embalse y de los caudales y concentraciones eva-cuados por el canal de desviacin instalado aguasarriba del mismo. La densidad media ha sido esti-mada con los datos de Lane y Koelzer (e.g. Simonsy Sentrk, 1992, Table 4.3) para una granulometramedia estimada en la zona, de partes iguales de are-na, limo y arcilla, suponiendo un embalse con unaextraccin normal de agua, sin que el sedimento seseque demasiado.

El objetivo principal de este trabajo es la pro-puesta de una metodologa sencilla para estimar lacantidad de sedimento que aportan las cuencas deros a sus embalses. Para ilustrar su aplicacin prc-tica se han realizado simulaciones de escenariosque permiten evaluar las consecuencias de las dife-rentes opciones de manejo, incluyendo circunstan-cias tales como una deforestacin o una variacinde la cantidad y frecuencia de las precipitaciones.

Modelos de erosin acoplados a sistemasde informacin geogrfica.

Los sistemas de informacin geogrfica, co-mo sealan Burrough y McDonnell (1998), consti-tuyen un potente conjunto de programas informti-cos, tiles para captar, almacenar y recuperar poste-riormente, transformando y visualizando datos es-paciales del mundo real para diversos fines.

Su empleo en hidrologa requiere el conoci-miento de las leyes por las que se rigen los fenme-nos estudiados. Existen numerosos modelos hidro-lgicos y erosivos (e.g. Singh, 1989) que se puedenemplear en condiciones muy diversas.

El proceso de erosin queda caracterizado conla modelizacin de la rotura de los agregados delsuelo, su transporte y posterior depsito a ciertadistancia en forma de sedimentos. El modelo deMeyer y Wischmeier (1969), fue quizs el primeroque reconoci esto de una forma sencilla, limitandola erosin al mnimo de los procesos caractersticosmencionados. Los resultados permiten apreciar lainfluencia que tiene la pendiente y la susceptibili-dad del suelo en su erosin.

Posteriormente, Foster y Meyer (1975) propu-sieron un modelo basado en la misma idea, pero

con una formulacin ms elaborada, considerandoque la intensidad de erosin en una crcava es line-almente proporcional a la diferencia entre la capa-cidad de transporte del flujo de escorrenta y el flu-jo total de sedimentos, y que la capacidad de ero-sin del flujo de escorrenta es proporcional a su ca-pacidad de transporte.

En la dcada de los ochenta aparecieron di-versos modelos de erosin que trataban al conjuntoflujo de agua y partculas slidas mediante lasecuaciones de transporte de agua conocidas comode Saint-Venant, cuya expresin ms general estformada por una ecuacin de continuidad y otra deconservacin de la cantidad de movimiento. De en-tre ellos, cabe destacar el modelo de Rose (Rose1985, Sander y col. 1996), que supone que la inten-sidad de desprendimiento de slidos es una funcinpotencial de la intensidad de lluvia, y que la inten-sidad de depsito es proporcional a la concentra-cin de partculas slidas en el flujo de escorrenta.

Las simplificaciones aplicadas sobre las ecua-ciones de transporte, despreciando los trminos deaceleracin local y convectiva, dan lugar a la expre-sin conocida como onda difusiva empleada en elmodelo de Govindaraju y Kavvas (Govindaraju,1995). Si adems se desprecia el trmino de presin,se obtiene la onda cinemtica, en la que se basa elmodelo propuesto por Singh (Lane y col. 1988).

La solucin analtica de los modelos mencio-nados anteriormente y de los basados en el empleode las ecuaciones de transporte de Saint-Venant re-presenta generalmente muy bien el fenmeno deerosin, aunque la determinacin de las condicionesde borde requeridas para integrarlas, puede ser com-pleja cuando se aplican a un nivel de escala general.

En cambio existen modelos de solucin nu-mrica que se basan en los mismos principios quelos anteriores, aunque emplean representacionessimplificadas de las caractersticas de las cuencas.Woolhiser y col. (1990) desarrollaron el modeloKINEROS, basado en la descomposicin de lacuenca en planos, canales y embalses concatenadosen cascada en las que el agua y los sedimentos cir-culan segn la aproximacin cinemtica a las ecua-ciones de transporte. Siendo un modelo de granversatilidad, exige una gran informacin sobre lacuenca y sirve para episodios aislados. El modeloEUROSEM (Morgan y col., 1998) es una adapta-cin de KINEROS con algunas mejoras. Es un mo-delo distribuido aplicable a parcelas y pequeascuencas, que simula bien los fenmenos de rotura

226

Carvajal Ramrez, F. y Girldez Cervera, J.V

INGENIERA DEL AGUA VOL. 7 N 3 SEPTIEMBRE 2000

de agregados, transporte y sedimentacin de sedi-mento y predice la escorrenta y la prdida de sue-lo, ofreciendo como resultado hidrogramas y sedi-mentogramas de eventos de lluvia aislados.

En este trabajo se ha usado un sistema de in-formacin geogrfica en formato teselar para simu-lar la prdida de suelo anual por erosin hdrica, ba-sndose en la ecuacin universal de prdida de sue-lo revisada y en el concepto de coeficiente de en-trega.

Adaptacin del modelo de erosin

Entre los modelos especficos de prdida desuelo destaca la ecuacin universal de prdida desuelo, EUPS, (Wischmeier y Smith, 1958b, 1978),basada en medidas efectuadas realizadas durantems de cuarenta aos por el Servicio de Conserva-cin de Suelos de los Estados Unidos. Aunque decarcter eminentemente prctico y simplificador,resume la amplia informacin adquirida duranteesos aos y a pesar de la difcil extrapolacin de al-gunos de sus parmetros (e.g. Stocking y col,1988.) ha sido usado con xito en numerosas partesdel mundo (e.g. Jansson 1982, 16.3). Al mismotiempo el modelo ha ido actualizndose, mejorandola definicin de muchos parmetros y adaptandonuevas tecnologas como el laboreo de conserva-cin. En la actualidad el propio Departamento deAgricultura de Estados Unidos patrocina una nuevaversin de la ecuacin, denominada la ecuacin re-visada RUSLE (Renard y col., 1997) en sus inicia-les inglesas, y otro ms complejo conocido porWEPP (e.g. Lane y Nearing 1989, Chaves y Nea-ring 1991, Ascough y col., 1997).

La filosofa de la ecuacin de prdida de sue-lo es muy sencilla. En ella, la prdida media de sue-lo A, (ML-2T-1), se estima como producto de seisfactores que reflejan las influencias del clima R,(MLT-3), de las caractersticas resistentes del sueloK, (L-3T2), del relieve LS, de la cubierta de la su-perficie, C, y de las prcticas de proteccin, P:

La prdida media de suelo por unidad detiempo A, suele expresarse en t/ha/ao.

El factor climtico R, fue determinado origi-nalmente por Wischmeier y Smith (1958a), comola suma anual para cada episodio de lluvia i, delproducto de la energa cintica con la que las gotasde lluvia llegan al suelo Ec, por la intensidad mxi-

ma de precipitacin registrada en perodos de 30minutos, I30,

Posteriormente Williams (1975a, 1977), ob-serv que la estimacin de la produccin de sedi-mentos en pequeas cuencas agrcolas basndoseen la ecuacin universal de prdida de suelo podallevar a conclusiones completamente falsas, ya queexiste una fraccin del sedimento producido en ca-da parcela que se deposita en la misma y que de-pende de la relacin entre el flujo de sedimento deentrada y su capacidad de transporte. Algunos delos sistemas de manejo del suelo podan hacer va-riar en el tiempo esta relacin, aunque en el caso deexistir deposicin, se encontr una alta correlacinentre la produccin de sedimento de cada parcela ylas caractersticas del flujo de escorrenta. Para re-presentar esta variacin temporal, propuso la susti-tucin del factor de erosin por lluvia y escorrentaR, por el siguiente:

donde V es el volumen de escorrenta, Qp es el cau-dal punta descargado y a y b son parmetros expe-rimentales. La ecuacin de prdida de suelo con es-te factor R es conocida como MUSLE.

El factor de erodibilidad K, estima la resisten-cia del suelo frente a los agentes erosivos, reco-giendo la influencia de la textura y el contenido demateria orgnica. Sin embargo la relacin msaceptada entre estas propiedades del suelo y su ero-dibilidad no representa bien el comportamiento demuchos tipos de suelos a la erosin hdrica. En laltima versin (Renard y col., 1997, 3) se hanagrupado 225 tipos de suelos de todo el mundo enclases texturales, relacionando sus valores mediosde erodibilidad con el dimetro medio de partculade cada clase. Esta frmula puede aplicarse conbuenos resultados para la prediccin del factor K ensuelos que presenten menos del 10% de partculascon dimetro mayor a 2 mm, siendo especialmentetil cuando la informacin disponible sea escasa ocuando las composiciones de textura estn dadas endiferentes sistemas de clasificacin.

La topografa est expresada como el produc-to del factor de longitud de ladera L y el factor dependiente S. En principio se usaron expresionescon parmetros empricos. Posteriormente han sidopropuestas diversas frmulas alternativas de esti-

227

ANLISIS DE LA PRUDUCCIN DE SEDIMENTOS EN UNA CUENCA CON UN SITEMADE INFORMACIN GEOGRFICA. EL SISTEMA CUBILLAS-COLOMERA.


(1)

(2)

(3)

macin del factor topogrfico mejorando en ciertosaspectos las originales (McCool y col., 1987), aun-que Moore y Burch (1986) demostraron con unmodelo de erosin la bondad de las primeras.

El factor de cubierta C, resume la influenciade la cubierta vegetal, y de las prcticas de manejodel mismo sobre la erosin y ha sido muy emplea-do para comparar la repercusin que tienen las di-ferentes opciones de manejo en los planes de con-servacin. Indica el modo en que afectar un deter-minado plan de conservacin en la prdida de sue-lo media anual o cmo se distribuir a lo largo deltiempo la prdida de suelo potencial con determi-nadas rotaciones de cultivo u otras actividades. Es-te factor representa el cociente entre la prdida desuelo que presenta una zona en unas condicionesdeterminadas respecto a la que experimentara otralimpia de residuos de cosecha y en barbecho conti-nuo. Sin embargo en la RUSLE, el factor C es esti-mado como una funcin de una serie de tres sub-factores que resumen el impacto del cultivo previoy su manejo, la reduccin de la erosin por la cu-bierta vegetal y la rugosidad del suelo, y la reduc-cin de la escorrenta en lluvias de poca intensidadcuando la humedad precedente del suelo es baja(Renard y col., 1997, 5). Cuando no se puede ol-vidar la variacin temporal de factor C, se calculauna media de los diferentes factores C correspon-dientes a los perodos intermedios, ponderando me-diante la fraccin de la erosividad asociada a ellos.

El factor de prcticas de conservacin P, esti-ma la reduccin de prdida de suelo que se puedeconseguir al aplicar alguna medida de proteccin.

Al cociente entre la prdida media de suelo yel factor de prcticas de conservacin A/P, se le co-noce como erosin potencial y representa la canti-dad de suelo que puede llegar a erosionarse, inde-pendientemente de las tcnicas de proteccin quese utilicen.

Esta ecuacin no ha sido aceptada totalmen-te, en parte por sus propias limitaciones. La prime-ra versin, Wishmeier y Smith (1958), estaba res-tringida a la regin comprendida por las MontaasRocosas y el Ocano Atlntico. Y en parte por ladifcil extrapolacin de los valores asignables a losparmetros en aquellas regiones en que no existaexperiencia previa. Hay algunas alternativas, co-mo la ecuacin para estimar la prdida de suelo enSurfrica de Stocking y col. (1988) o el mtodo deMorgan y col. (1984), pero adolecen de similaresdefectos.

La conversin del suelo perdido en sedimentono es inmediata. Una vez que se fragmenta el agre-gado del suelo, los residuos pueden permanecer enel sitio que ocupaba el agregado o desplazarsearrastrados por la corriente de agua. En el primercaso se dice que el proceso de erosin est limitadopor la produccin de sedimento, mientras que en elsegundo est limitado por el transporte.

Cuando la erosin est limitada por el trans-porte, los sedimentos van quedando depositados alo largo de su recorrido aguas abajo, estimndose lacantidad total producida en una cuenca, Y, por unfactor que modifica la cantidad inicial, la prdidade suelo, A, conocido como el coeficiente o cocien-te de entrega, DR

La evaluacin del coeficiente de entrega no esfcil pues se debe a la confluencia de numerososfactores (e.g. Singh, 1989, 11.4.5). Una propues-ta simplificada es la de Williams (1975b) quien lorelacion con el tiempo de viaje del sedimento des-de el origen Tv, y el tamao representado por el di-metro de la mediana de los sedimentos, D50,

con como coeficiente emprico o de ajuste. Usan-do esta expresin Hrissanthou (1990) describi elaporte de sedimentos a un embalse de Baviera.

Otra propuesta aceptable es la de Dickinson yRudra (1990) quienes expresan la dependencia delcoeficiente con el tiempo de viaje de forma alterna-tiva,

en la que los parmetros y dependen de la pen-diente, disminuyendo cuando sta aumenta, y esun coeficiente de ajuste emprico. Otras expresio-nes se basan en la superficie de la cuenca, Sp,

con y como coeficientes, como la de Roehl(1962, en Singh, 1989), en la que =0.36 y =0.2cuando Sp est expresado en km2.

Jansson (1982, 10.2) destaca la influenciade la vegetacin y la intensidad de la lluvia en el co-ciente de entrega.

228



(4)

(5)

(6)

(7)

La estimacin del tiempo de viaje Tv se deberealizar en funcin de la velocidad de movimientodel agua en la cuenca. Se ha propuesto una relacinsencilla basada en la ecuacin del flujo uniforme,aplicable a cada tramo, obtenindose el tiempo deviaje total como la suma de los tiempos empleadosen los distintos tramos, (e.g. Chow y col., 1988, 5.7). Sin embargo, el flujo superficial del agua en lacuenca no es siempre bajo rgimen uniforme. Porello Dickinson y Rudra (1990) sugirieron una alter-nativa en funcin de la ocurrencia de lluvia. En lafrmula de la velocidad del agua en un flujo unifor-me, en este caso la de Manning, se substituye el ra-dio hidrulico por un factor hidrolgico, hc, demodo que el tiempo de viaje en un tramo i cual-quiera de la cuenca, Tvi, ser

en la que ni es el coeficiente de Manning para el tra-mo, Si su pendiente, Li su longitud, y hci el factorhidrolgico. Para cualquier recorrido el tiempo deviaje ser la suma de los correspondientes tramos.

De esta forma se ha elaborado un modelocompuesto por una estimacin de la prdida de sue-lo segn la ecuacin universal de prdida de suelo(1) con un coeficiente de entrega del sedimento si-guiendo la formulacin de Dickinson y Rudra(1990), cuyo esquema aparece en la Figura 1.

Aplicacin del modelo

Se ha segmentado la superficie total de lascuencas en unidades elementales cuadradas deno-minadas celdas de 0.01 km2 de superficie, median-te el proceso conocido como teselacin. De estemodo, la informacin bsica del modelo y los re-sultados parciales y final que se obtengan, estarnrecogidos en matrices de igual nmero de filas ycolumnas, denominadas mapas, en cuyos nodos sesitan las celdas cuyo valor numrico se supone re-presentativo de toda su superficie.

Para la estimacin de la produccin de sedi-mento se calculan mapas representativos de los fac-tores de la Ecuacin 1, de los que se obtendr unaestimacin de la prdida de suelo que se puede pro-ducir en dichas celdas. Al no disponer de informa-cin suficiente para calcular el factor de prcticasde proteccin P, la prdida de suelo calculada seren realidad A/P, tambin llamada erosin potencial.

Multiplicando este resultado por los coefi-

cientes de entrega calculados mediante la Ecuacin6, se obtendr la cantidad de sedimento producidoen cada una de las celdas de las cuencas.

En ausencia de estaciones meteorolgicasprovistas de pluvigrafos capaces de medir de for-ma continua la cantidad de agua de lluvia, en estetrabajo se ha recurrido al empleo de los datos regis-trados durante 22 aos por un pluvigrafo instaladoen Lanjarn, zona de comportamiento climtico si-milar al de la de estudio, situada a 30 km del em-balse Cubillas. La aplicacin de la Ecuacin 2 so-bre los mismos permiti calcular el factor climticopara cada uno de los aos de la serie. Se ajust unacurva de regresin de tipo potencial que relacionael factor climtico anual R de Lanjarn con la pre-cipitacin media anual P, en mm, consiguiendo uncoeficiente de regresin del 78.4 %:

La aplicacin de la Ecuacin 9 a los valores deprecipitacin media anual registrados en 25 estacio-nes interiores y cercanas a la cuenca, recogidos porDe Len (1989), permitieron obtener una serie de25 factores climticos R, en (MJ mm ha-1 h-1 ao-1).La estimacin del mismo factor en el resto de cel-das se realiz mediante interpolacin por el mtodode medias mviles ponderadas por el cuadrado dela distancia (Bosque, 1992, XIX.4).

Los mapas de suelos y de cubierta vegetal, aescala 1:200.000, de Prez y Prieto (1980), infor-man sobre la clase de suelo que existe en cada loca-lizacin de la cuenca y del aprovechamiento que elhombre hace de l, permitiendo estimar los factoresde resistencia a la erosin del suelo o erodibilidadK, y de cubierta C, respectivamente.

Se ha asignado a cada clase de suelo de lascuencas un valor del coeficiente K, siguiendo el cri-terio de ICONA (1982), en funcin a su textura,contenido de materia orgnica, estructura y perme-abilidad.

El factor de cubierta C de cada clase halladaen el mapa de cubierta vegetal ha sido estimado atravs del mtodo ya usado por ICONA, 1987, se-gn el que dicho factor es funcin del tipo de cu-bierta, del porcentaje de recubrimiento de cubiertavegetal y del porcentaje de cubrimiento por la cu-bierta que est en contacto con el suelo. En el casode cultivos en rotacin, se han hallado medias delos valores del factor C para cada uno de los culti-vos que se suceden en el tiempo.

229



(8)

(9)

La topografa de las cuencas ha sido definidamediante las curvas de nivel interiores a ellas, quese representan en las hojas 1009, 1010, 991, 992,969, 970 del MGN del Servicio Geogrfico delEjrcito. El factor topogrfico de cada una de lasceldas de las cuencas ha sido calculado mediante laexpresin propuesta por McCool y col. (1987), quefue obtenida por ajuste de valores de erosin medi-dos en parcelas experimentales. Dado que las ca-ractersticas morfolgicas de las mismas no sonasimilables a las de las celdas, se ha corregido elfactor topogrfico, en funcin de la posicin relati-va que ocupan dentro de la ladera de escorrenta,segn el criterio de Foster y Wischmeier (1974) pa-ra laderas de pendiente irregular. La necesidad decorreccin del factor topogrfico, sobre todo enreas de topografa muy accidentada, es avaladapor el trabajo de Govers y Desmet, 1995.

El mapa que representa el coeficiente de en-trega ha sido calculado mediante la aplicacin de la

Ecuacin 6. En ella se puede apreciar la existenciadel parmetro (_ cuya validacin se har necesariaen cada aplicacin del modelo. Sin embargo, en es-te trabajo se ha optado por la aceptacin del valorrecomendado por Dickinson y Rudra, 1990, y la re-alizacin de un anlisis de sensibilidad del mismoMcCuen y Snyder, 1986, 10. De este modo setendr una aproximacin al error introducido en losresultados del modelo al determinar el valor del pa-rmetro de calibracin, .

Los elementos representados en la Figura 1mediante rectngulos, constituyen la informacinbsica necesaria para la aplicacin del modelo pro-puesto en este trabajo. Despus de recopilada, fuetransformada a formato digital, depurando los erro-res mediante el SIG llamado ARC/INFO (ESRI,1992), para posteriormente ser tratada en el llama-do GRASS (DBA, 1991), siguiendo las fases si-guientes.

230



Figura 1. Estructura de aplicacin del modelo.

Resultados y discusin

Terminado el proceso de introduccin y co-rreccin de datos topogrficos en GRASS, se gene-r un modelo de las elevaciones que tienen todaslas celdas de las cuencas, en formato digital.

Los factores de la ecuacin de prdida de sue-lo estn representados en los mapas de las Figuras2, 3, 4 y 5.

A partir del modelo de elevaciones se realizauna simulacin de los aspectos de la cuenca, Figu-ra 6, para su comparacin con fotografa area, unestudio de pendientes, Figura 7 y otras operacionesde anlisis espacial cuyos resultados parciales son:

- Mapa de erosin potencial en cada celda (Figura8), que resulta de la aplicacin de la Ecuacin 1, alos mapas representados en las Figuras 2, 3, 4 y 5.

- Mapa de distribucin del coeficiente de entregadentro de la cuenca, Figura 9.

Multiplicando los valores de estos dos, se ob-tiene el mapa de sedimento aportado por cada celdaal embalse, Figura 10. Para el clculo de la produc-cin total de sedimentos (Figura 11) se realiz unasimulacin de escorrenta, almacenando en cadacelda el valor de sedimento que es aportado por to-das aquellas situadas aguas arriba, y que se encuen-tra en el mapa de la Figura 10.

231



1300 a 1399

1400 a 1499

1500 a 1599

1600 a 1699

1700 a 1799

1800 a 1899

1900 a 2000

Figura 2. Factor R (MJ mm ha-1 h-1 ao-1)

Figura 3. Factor K

0 a 0,09

0,10 a 0,99

1 a 9,99

1600 a 1699

Figura 4. Factor topogrfico corregido LS (%)

23

23

13

3

14

42

56

Figura 5. Factor de cubierta C (%). Se asigna un valor medio a cada clase.

Embalse Colomera

Embalse Cubillas

N

Figura 6. Cuencas aportadoras a los embalse.

Una consulta sobre el valor de las celdas querepresentan las cerradas de los dos embalses en elmapa de produccin total de sedimentos, informaque el ro Cubillas recibe 3.35 t/ha/ao, y el Colo-mera, 9.90 t/ha/ao.

Masa (1996) estim por diferencia de curvasbatimtricas, la prdida de capacidad de almacena-miento de Cubillas en 2.26 hm3, desde su puesta enfuncionamiento en 1954. Desde esta fecha tambinentr en servicio un tnel de desviacin situadoaguas arriba del embalse cuya finalidad era evitarocasionalmente las avenidas con mayores concen-traciones de sedimento, que evacu en 42 aos unvolumen de slidos de 6.98 hm3. Suponiendo queno existiera el tnel pasara al embalse un total de9.24 hm3, que disminuido en un 10% por las prdi-

232



0 a 56 a 1011 a 2021 a 5051 a 150

Figura 7. Pendientes (%)

0 a 0,991 a 9,9910 a 99,99100 a 499,9500 a 1248

Figura 8. Erosin potencial en cada celda (t/ha/ao).

0 a 45 a 910 a 4950 a 100

Figura 9. Coeficiente de entrega (%)

0 a 9,9910 a 99,99100 a 999,91000 a 9999,910000 a 97188

Figura 10. Sedimento aportado por cada celda (t/ha/ao).

0 a 0,991 a 9,9910 a 99,99100 a 999,91000 a 295360

Figura 11. Produccin total de sedimentos (t/ha/ao).

das de slidos en suspensin a travs del aliviadero,y suponiendo una densidad media de sedimento de1.3 t/m3 y una superficie total de la cuenca de66708 ha, se transforma en una produccin de sedi-mentos media anual de 4.77 t/ha/ao, del mismoorden que el calculado.

La diferencia entre el valor estimado a travsdel modelo y la medida por batimetra puede consi-derarse despreciable si se compara con los valoresque de una manera un poco imprecisa, se citan enIARA (1986). En dicho estudio se usa una ecuacinde estimacin del aporte de sedimento de una cuen-ca, o lo que en l se denomina degradacin espec-fica as, en t/km2/ao, en funcin de las prdidas desuelo A, en t/ao, y de la superficie de la cuenca Sp,en km2:

que no es sino la expresin de Roehl (1962, enSingh, 1989) del coeficiente de entrega de sedi-mentos.

Despus de aplicar esta expresin a los datosque aparecen en el informe, se ha determinado en lacuenca del Cubillas una degradacin especfica de7.57105 t/ao y en la del Colomera de 3.88105t/ao, que confirma el orden de magnitud calculadopor el ICONA (1987).

Se ha supuesto un valor nico para el parme-tro en la estimacin del coeficiente de entrega (6).En la prctica cotidiana ser conveniente identificareste parmetro con datos de sedimentacin. La difi-cultad del clculo del parmetro estriba en la necesi-dad del conocimiento de series temporales suficien-temente largas de sedimento aportado por la cuencay medido en el punto de vertido al embalse. Paracompletar la informacin del modelo se ha efectua-do un anlisis de sensibilidad con respecto a variosparmetros, representando los cambios que una mo-dificacin del valor de cada parmetro producecuando los otros permanecen constantes. De la rela-cin casi proporcional entre la estimacin del sedi-mento aportado y la variacin del parmetro de ca-libracin (Figura 12), se deduce que para obtenerunos buenos resultados ser necesario determinarcon cierta precisin el parmetro de calibracin.

Una disminucin del factor de cubierta, pro-ducida por regeneracin de las parcelas con erosinpotencial superior a 100 t/ha/ao (Figura 8), cuyoaprovechamiento es susceptible de mejorar desdeel punto de vista erosivo, o un aumento de dicho

factor producido por un abandono progresivo de laslabores agrarias o por incendios forestales en par-celas con pendientes superiores al 20 % (Figura 7),producen respuestas en la produccin total de sedi-mentos recibidos por los embalses que son repre-sentados respectivamente en las Figuras 13 y 14.

233



(10)

Figura 12. Variacin porcentual del aporte de sedimentosrespecto a la variacin porcentual del parmetro de

calibracin del modelo.

Figura 13. Anlisis de sensibilidad de la produccin desedimentos a la variacin del factor de cubierta por

regeneracin de parcelas.

Figura 14. Anlisis de sensibilidad de la produccin desedimentos al abandono progresivo de tierras de labor.

Igualmente, una serie de chubascos torrencia-les de diversas intensidades, registrados en la esta-cin de Sierra Umbra de Iznalloz al sudeste de lacuenca, haran variar la produccin total de sedi-mentos recibidos por los embalses siguiendo la ten-dencia representada en la Figura 15.

Tambin se ha establecido un criterio de elec-cin entre la regeneracin de las parcelas ms sus-ceptibles de mejora en cuanto a proteccin de culti-vos, que puede requerir el uso de unos recursos li-mitados, o la construccin de sistemas de protec-cin contra la erosin en las zonas adyacentes a loscauces fluviales.

Uso del modelo en la planificacin de lacuenca

La proteccin del suelo de una cuenca puedeser afrontada desde diferentes puntos de vista. Si sepretende que el embalse no pierda capacidad de al-macenamiento por colmatacin, podran emplearsesistemas de proteccin en las riberas de los caucesfluviales. Por ejemplo el establecimiento de espe-cies vegetales propias de ribera que se autoregene-ren, y que por tanto, tengan una larga vida til sim-plemente con la precaucin de respetar dicho uso.De este modo seguira producindose sedimento,del cual slo una fraccin alcanzara el ro y final-mente el embalse. Quizs sea ms efectiva desde elpunto de vista ambiental establecer estrategias queprotejan las zonas de la cuenca que producen ma-yor cantidad de sedimento.

Aunque la solucin ptima para la proteccinde los suelos de la cuenca sea una combinacin deambas, se podran considerar excluyentes si se bus-cara una medida de urgencia para paliar la posibili-dad de colmatacin del embalse.

A efectos prcticos puede considerarse quecualquiera de las dos soluciones redundara en uncambio en alguno de los mapas del modelo y porextensin, en la estimacin que ofrece el modelodel sedimento producido. El mapa del factor cu-bierta (Figura 5) se ver modificado en aquellas zo-nas de la cuenca donde se instalen los sistemas deproteccin de suelo, mientras que en las riberascambia el coeficiente de entrega si se recurre a laproteccin de los cauces.

Las primeras pueden ser localizadas realizan-do una consulta en el mapa de la Figura 8 sobre lasceldas que presentan mayor nivel de erosin poten-cial y las segundas estableciendo un corredor alre-dedor de la red fluvial principal.

Para elegir entre ambas alternativas de protec-cin, se supondr que la eficiencia de atrape de se-dimento de los sistemas de proteccin de los cauceses del 50%, y que se instalarn en ambas riberas detodos los cauces principales de la red. Por tanto, elmapa del coeficiente de entrega (Figura 9) se hamodificado, imponiendo un valor de 50 en dichaszonas y realizando los dos ltimos clculos expre-sados en la Figura 1. El nivel de produccin de se-dimento estimado por el modelo bajo la hiptesisde regeneracin de riberas ha disminuido un 14 %respecto al obtenido anteriormente. En cambio, sise localizan las parcelas ms susceptibles de pro-teccin y en ellas se aumenta el factor de cubierta,habr que calcular un nuevo mapa de erosin po-tencial, otro de coeficientes de entrega al habersemodificado el mapa de tiempos de viaje, y final-mente un mapa de sedimento aportado por cadacelda, del que se obtiene una nueva estimacin delsedimento producido. El clculo de la sensibilidaddel modelo al factor de cubierta C (Figura 13) se harealizado repitiendo este procedimiento para dife-rentes niveles de proteccin de parcelas. La ordena-

234



Figura 15. Anlisis de sensibilidad de la produccin desedimentos al aumento de la precipitacin media anual

en Sierra Umbra (Iznalloz)

Figura 16. Valor umbral comparativo entre dosalternativas de proteccin.

235INGENIERA DEL AGUA VOL. 7 N 3 SEPTIEMBRE 2000


da que le corresponde a una disminucin del sedi-mento producido del 14% en esta curva (Figura 16)se puede considerar como el valor umbral compa-rativo entre ambas alternativas de proteccin.

Para que una regeneracin de parcelas seams eficiente en la reduccin de la produccin desedimento que la proteccin de riberas supuesta, elfactor de cubierta de dichas parcelas debe superarel valor umbral.

Conclusiones

El uso de modelos sencillos distribuidos enuna superficie grande permite explorar las conse-cuencias de la erosin del suelo. Aunque la infor-macin ambiental es an escasa y de baja calidad,la representacin espacial con sistemas de informa-cin geogrfica permite mejorar su aprovecha-miento, lo cual no debe servir como justificacinpara no ampliar y perfeccionar los bancos de datosambientales, sino para estimularlos.

Los resultados obtenidos confirman una esti-macin previa de la sedimentacin en los embalses,lo que refuerza las conclusiones extradas con elmodelo de la erosin producida en diferentes situa-ciones y con varias alternativas de manejo.Referencias

Ascough J.C., Baffaut C., Nearing M.A. y Liu B.Y. 1997.The WEPP Watershed model: I. Hydrology and Ero-sion. Trans. ASAE 40: 921-933.

Bosque J. 1992. Sistemas de Informacin Geogrfica. Rialp.Madrid

Burrough P.A. y McDonnell R.A. 1998. Principles of Geo-graphical Information Systems. Oxford. UniversityPress, Oxford.

Chaves H.M.L. y Nearing M.A. 1991. Uncertaintity analysisof the WEPP soil erosion model. Trans. ASAE34:2437-2444.

Chow V.T., Maidment L.W. y Mays L.W. 1988. AppliedHydrology. McGraw Hill, Nueva York.

DBA Systems Inc., U.S. Army corps engineers. Constructionengineering research laboratory. 1991. GRASS (Geo-graphical Resources Analysis Support System). Usermanual.

De Len A. 1989. Caracterizacin agroclimtica de la pro-vincia de Granada. M.A.P.A., Madrid.

Dickinson W.T. y Rudra R.P. 1990. Games: The Guelph mo-del for evaluating effects of agricultural managementsystems on erosion and sedimentation. Users manual.Versin 3.01. University of Guelph. School of engine-ering. Technical Reports 126-86.

Environmental System Research Institute Inc. 1992.ARC/INFO Users guide. Nueva York.

Foster G.R y Weissmeier W.H. 1974. Evaluating irregularslopes for soil loss prediction. Trans. ASAE 17: 305-309.

Foster G.R. y Meyer L.D. 1975. Mathematical simulation ofupland erosion by fundamental erosion mechanism.USDA-ARS-S-40: 190.

Govers, G. Y Desmet P.J.J. 1995. Aprocedure for Calculationof the LS-Factor for USLE-Type Models on Topogra-phically Complex Ladscape Units. Procedings de JointEuropean Conference and Exhibition on GeographicalInformation. Netherlands, 26-31 de marzo de 1995.

Govindaraju R.S. 1995. Non-dimensional analysis of aphysically based rainfall-runoff-erosion model oversteep slopes. J. Hydrol. 173: 327-341.

Hrissanthou, V. 1990. Application of a sediment routing mo-del to a middle european watershed. Water Resour.Bull. 26: 801-810.

IARA. 1986. Estudio Hidrolgico de Andaluca. Consejerade Agricultura y Pesca. Junta de Andaluca.

ICONA. 1982. Mapa de fenmenos de erosin hdrica en Es-paa (Pennsula y Baleares). E 1/100000. DireccinGeneral de Medio Ambiente e ICONA. Madrid.

ICONA. 1987. Mapa de estados erosivos. Cuenca Hidrogr-fica del Guadalquivir. Instituto Nacional para la Con-servacin de la Naturaleza. MAPA Madrid.

Janson M.B. 1982. Land erosion by water in different clima-tes. UNGI Rapport Nr 57. Uppsala University.

Lane L.J. Nearing M.A. 1989. USDA-Water Erosion Predic-tion Project: Hillslope profile model documentation.USDA-Agricultural Research Service.

Lane L.J., Shirley E.D. y Singh V.P. 1988. Modelling erosionon hillslopes. En: Modelling GeomorphologicalSystems. Anderson M.G. ed. John and Sons.

Masa M. 1996. Control de la evolucin de los sedimentos enel embalse de Cubillas (Granada). Actas de las V Jor-nadas Espaolas de Presas. Comit Nacional Espaolde Grandes Presas. Valencia.

McCool D.K., Brown L.C., Foster G.R., Mutchler C.K. yMeyer L.D. 1987. Revised slope steepness factor forthe universal soil loss equation. Trans. ASAE 30:1387-1396.

McCuen, R.H. y Snyder, W.M. 1986. Hydrologic Modeling.Prentice Hall, Englewood Cliffs.

Meyer L.D. y Weischmeier W.H. 1969. Mathematical simu-lation of the process of soil erosion by water. Trans.ASAE 12: 754-758.

Moore, I.D. y Burch, G.J. 1986. Physical Basis of theLength-slope Factor in the Universal Soil Loss Ecua-tion. Soil Sci. Soc. Am. J. 50: 1294-1298.

Morgan R.P.C., Morgan D.D.V., y Finney H.J. 1984. A pre-dictive model for the assessment of soil erosion risk, J.Agric. Engng. Res. 30: 245-253.

Morgan, R.P.C., Quinton J.N., Smith R.E., Govers G., Poe-

sen J.W.A., Auerswald K., Chisci G., Torri D., StyczenM.E. y Folly A.J.V. 1998. The European soil erosionmodel (EUROSEM): documentation and user guide.Silsoe College. Cranfield University. http://www.sil-soe.cranfield.ac.uk/eurosem/euro3.htm

Prez A. y Prieto P. 1980. Memoria explicativa de los mapasde suelos y vegetacin de la provincia de Granada.C.S.I.C. Estacin experimental del Zaidn. Granada.

Renard K.G., Foster G.R., Weesies G.A., McCool D.K. y Yo-der D.C. 1997. Predicting Soil Erosion by Water: Aguide to conservation planning with the Revised Uni-versal Soil Loss Erosion (RUSLE). USDA Agr. Hbk.n 703.

Rose C.W. 1985. Develops in soil erosion and deposition mo-dels, Advances in Soil Science. Vol. 2. Springer-Ver-lag.

Sander G.C., Hairsine P.B., Rose C.W., Cassidy D., ParlangeJ.Y., Hogarth W.L. y Lisle I.G. 1996. Unsteady soilerosion model, analytical solutions and comparisonwith experimental results. J. Hydrol. 178: 351-367.

Servicio Geogrfico del Ejrcito. 1991. Mapa militar de Es-paa escala 1/50000. Hojas n 1009, 1010, 991, 992,969, 970. Madrid.

Singh V.P. 1989. Hydrologic systems. Watershed Modeling.Volumen II. Prentice Hall, Englewood Cliffs.

Simons D.B. y Sentrk F, 1992. Sediment transport techno-logy. Water Resources Publication, Littleton.

Stocking, M., C. Kalabane, y H. Elwell, 1988. An inprovedmethodology for erosion mapping. Geogr. Anal. 70A:169-180.

Williams J.R. 1975a. Sediment-yield prediction with Univer-sal Ecuation using runoff energy factor. En: Presentand prospective technology for predicting sedimentyields and sources. ARS-S-40, USDA-AgriculturalResearch Service: 244-252.

Williams J.R. 1975b. Sediment routing for agricultural wa-tersheds. Water Resour.Bull. 11: 965-974.

Williams J.R. 1977. Sediment delivery ratios determinedwith sediment and runoff models. IAHS, 122: 168-178.

Wischmeier W.H. y D.D. Smith. 1958a. Predicting rainfallerosion losses from cropland east of the Rocky Moun-tains, USDA, Agr. Hbk. 282.

Wischmeier W.H. y D.D. Smith. 1958b. Rainfall Energy andIts Relation to Soil Loss. Am. Geophys. Union Trans.39:285-291.

Wischmeier W.H. y D.D. Smith. 1978. Predicting rainfallerosion losses -a guide to conservation planning. US-DA, Agric. Hbk. n 537.

Woolhiser D.A., R.E. Smith y D.C. Goodrich. 1990. KINE-ROS, a kinematic runoff and erosion model. USDA-ARS-77.

236



erosion

Documents

Transcript of erosion