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ECUACION DE LA EROSION Página 1

PROYECTO DE LA ECUACION UNIVERSAL DE LA EROSION (RUSLE) SECTOR MORCA

AUTORES:

HUBER ALBERTO RIVERA1

NESYEREB SUAREZ NIETO2 1Estudiante Ing. Geológica en terminación Académica UPTC [email protected] 2Estudiante Ing. Geológica en terminación Académica UPTC [email protected]

RESUMEN

En el presente proyecto realizado en el nororiente del municipio de Sogamoso,

en la vereda Morca, ubicado geográficamente entre las coordenadas

X:1’129.900- 1’130.900; y Y:1’125.200- 1’124.200; con el objetivo de predecir la

pérdida de suelo promedio a corto plazo de condiciones de campo específicas,

usando como metodología la ecuación universal de erosión revisada (RUSLE).

El cálculo de la erosión de perdida de suelo se realizo sobre la formación

Ermitaño (Kse), donde se encuentran arcillolitas fisiles negras y grises, con

intercalaciones de areniscas fosilíferas y liditas de origen marino en las que

específicamente se hizo el estudio de erosión; el limite estratigráfico de dicha

formación es neto, con un brusco cambio de fascies de la arenisca con fauna

marina a las lutitas grises sin fosiles de la formación Guaduas (Ksg), que

también se encuentra formando parte de la estratigrafía de la zona estudiada.

ABSTRACT

In this project in the northeastern of Sogamoso, in the village Morca, geographically located between the coordinates X: 1'129 .900 - 1'130 .900, and Y: 1'125 .200 - 1'124 .200, with the objective of predicting average soil loss of short-term specific field conditions, using as a method the revised universal soil loss equation (RUSLE).

The calculation of the loss of soil erosion was conducted on the formation Ermitaño (KSE), constituted by fissile black and gray clays, fossiliferous sandstones with intercalations of marine-derived and lydite where specifically the study of erosion was executed, the stratigraphic boundary is net of this formation, with an abrupt change in sandstone facies of the marine fauna gray

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


shales without fossils Guaduas formation (KSG), which is also part of the stratigraphy of the studied area.


INTRODUCCION

La degradación de los recursos suelo y agua y la contaminación ambiental, son percibidos como los problemas mayores en las zonas de convergencia intertrópical. Existen áreas extensas de tierras, que están siendo sometidas a la degradación en forma irreversible, procesos degradativos como la erosión acelerada y la desertificación, compactación y endurecimiento, acidificación, disminución en el contenido de materia orgánica, disminución de la biodiversidad y agotamiento de la fertilidad natural del suelo.

Las pérdidas altas de productividad de los suelos por procesos degradativos como la erosión por el agua, ha conducido a la realización de estudios numerosos de suelos y aguas para cuantificarla, con el fin de predecir la erosión tolerable bajo determinadas condiciones (lluvia, suelos, pendiente, cultivos) lo que facilitaría la selección de prácticas integrales de conservación (prácticas agronómicas, obras civiles, construcciones, conducción de aguas de escorrentía entre otras), para diferentes usos del suelo y su protección, a los niveles de finca y cuenca hidrográfica.

La propuesta metodológica para la evaluación del riesgo de erosión en el presente proyecto realizado en la vereda Morca, ubicada en el nororiente del municipio de Sogamoso se ha ha desarrollado en base a la ecuación Universal de Perdida de Suelo Revisada (RUSLE), formulada por Wischmeier y Smith (1968–1978) y revisada por Lane y Nearing (1989), a la que se le han introducido ciertas modificaciones en lo referente a la determinación del factor de erosividad de la lluvia R y al factor topográfico LS, y su aplicación se ha realizado empleando Sistemas de Información Geográfica (SIG) para el tratamiento de la información.

Los factores activos, corresponden a las lluvias, conocida como factor erosividad (R), también influyen como factores activos, el viento y el hombre con sus actividades agropecuarias, ingenieriles, y de minería. El factor pasivo (K), se relaciona con el suelo, el cual con sus características físicas, químicas y biológicas intrínsecas, puede presentar características naturales de susceptibilidad o resistencia del suelo a la erosión. Dentro de los factores pasivos, también se pueden considerar el Grado (S) y Longitud (L) de la pendiente del terreno. Como factores atemperantes, se tienen el Cultivo (C) y las Prácticas preventivas de Conservación de Suelos (P).


OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Predecir pérdida de suelo promedio a corto plazo de condiciones de campo específicas, usando un sistema específico de manejo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Predecir la erosión entre surcos, en pastos y cultivos.

Determinar la influencia del factor topográfico del paisaje en la

susceptibilidad en la erodabilidad de un suelo.

Analizar y evaluar la relación explicita entre la cobertura vegetal, el uso adecuado del suelo y el grado de erosión del mismo


MARCO TEORICO

MODELO DE LA ECUACIÓN UNIVERSAL DE PERDIDA DE SUELOS (RUSLE)

El RUSLE tiene la siguiente expresión matemática: (Mannaerts, 1999) Donde: A = Pérdida de suelo promedio anual en [t/ha/año] R = Factor erosividad de las lluvias en [MJ/ha*mm/hr] K = Factor erodabilidad del suelo en [t/ha.MJ*ha/mm*hr] LS = Factor topográfico (función de longitud-inclinación-forma de la pendiente), adimensional C = Factor ordenación de los cultivos (cubierta vegetal), adimensional P = Factor de prácticas de conservación (conservación de la estructura del suelo), adimensional 1. Erosividad de la lluvia (Factor R) Es el potencial erosivo de la lluvia que afecta el proceso de erosión del suelo. La erosión por gotas de lluvia incrementa con la intensidad de la lluvia. Una suave y prolongada lluvia puede tener la misma energía total que una lluvia de corta duración y más intensa. Cuando la energía se combina con la intensidad de la lluvia, el resultado es un buen predictor del potencial erosivo (EI: energía/intensidad). “EI” es el valor de la tormenta total por el máximo de intensidad de la tormenta en 30 minutos. El término indica como el desprendimiento de las partículas es combinado con la capacidad de transporte. La suma de los promedios anuales de “EI” para una localidad en particular es el “Indice de Erosividad de la lluvia” R:

Donde: R = Erosividad anual (tal como las unidades de EI30) (EI30)i = EI30 para tormenta I N = Tormentas erosivas (ej. P> 10 mm) en un periodo de N años. Por tanto, la energía de la tormenta (EI o R) indica el volumen de lluvia y escurrimiento, pero una larga y suave lluvia puede tener el mismo valor de E que una lluvia de corta y más alta intensidad. (Mannaerts, 1999)

Se calcula en base a la formula de Brown y Foster citados por Mannaerts (1999)

http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Suelos/Rusle.htm#1








Donde: E = Energía cinética de 1 mm de lluvia [MJ/ha*mm] I = Intensidad de lluvia en [mm/hr] La determinación de la intensidad de precipitación, se realiza con base a la distribución de Gumbel, para cada una de las estaciones metereológicas.

Clase R (MJ/ha*mm/hr)

Muy baja <500

Baja 500-1000

Mediana 1000-3000

Alta 3000-6000

Muy alta >6000

Clasificación de rangos típicos de R anual 2. Erodabilidad del suelo (Factor K)

Es una compleja propiedad que se la entiende como la facilidad con la cual el suelo es desprendido por el salpicamiento, durante una lluvia o por flujo superficial. Esta propiedad del suelo está relacionada al efecto integrado de la lluvia, escurrimiento e infiltración. Los suelos generalmente llegan a ser menos erosivos con una reducción en la fracción de limo a pesar del correspondiente incremento de la fracción de arcilla o arena. El factor K representa el efecto de las propiedades del suelo y de las características del perfil del suelo en la pérdida de suelo. Los valores de K son asignados usando el nomograma de erodabilidaddel suelo, que combina el efecto del tamaño de las partículas, %MO, código de la estructura del suelo y la clase de permeabilidad del perfil. Suelos de textura fina con alto contenido de arcilla tienen bajos valores de K (0.05-0.15), porque ellos son resistentes al desprendimiento. Suelos de textura gruesa tales como suelos arenosos, tiene valores bajos de K 0.05-0.2), debido al bajo escurrimiento, aunque estos suelos son fácilmente desprendibles. Suelos de textura mediana (franco limoso) tienen valores de K moderados (0.25-0.4), porque son moderadamente susceptibles al desprendimiento y producen moderados escurrimientos. (Mannaerts,1999) El factor de erodabilidad del suelo se calcula con la ecuación del nomograma de Wischmeier citado por Mannaerts (1999)

Donde: K = Factor de erodabilidad del suelo [t./ha.MJ*ha/mm*hr]


OM = Materia orgánica [%] S = Código de la estructura del suelo P = Código de permeabilidad M = Producto de las fracciones del tamaño de las partículas primarias ó (% limo + % arena muy fina)*(100 - % arcilla) A continuación se presenta la tabla con los datos de agua del suelo para las clases principales de textura de suelo: (Mannaerts,1999)

Textura clase Permeabilidad código

Conductividad hidráulica saturada [mm/hr]

SCS Grupo Hidrológico de suelo

Arcilla, franco arcilloso 6 <1 D

Arcillo arenoso, franco arcillo limoso

5 1-2 C-D

Franco arcillo arenoso, franco arcilloso

4 2-5 C

Franco limoso, franco 3 5-10 B

Areno francoso, franco arenoso. 2 10-60 A

Arena 1 >60 A

Códigos de permeabilidad y estructura del suelo en función de su textura


Nomograma de Erodabilidad del suelo 3. Factor topográfico (factor LS): L (longitud de la pendiente), S (inclinación de la pendiente) 3.1 Longitud de pendiente (L) La longitud de pendiente es definida como la distancia horizontal desde el origen de un flujo hasta el punto, donde: El gradiente de la pendiente reduce lo suficiente para que la deposición comience. El escurrimiento llega a ser concentrado en un canal definido. Para su cálculo se utiliza la fórmula: (Mannaerts,1999)

Donde: L = Factor de longitud de pendiente = Longitud de la pendiente [pies] m = Exponente de la longitud de la pendiente 72.6 = Longitud de parcela unitaria RUSLE La longitud de pendiente , es la proyección horizontal, no la distancia paralela a la superficie del suelo. El exponente de longitud de pendiente m, determina la relación entre erosión

en surcos (causada por flujo) y erosión entresurcos (causado por impacto de gotas de lluvia), puede ser calculado con la siguiente ecuación:

Donde: m = Exponente de la longitud de la pendiente = Angulo de pendiente [%] 3.2 Inclinación de la pendiente (S) El factor de inclinación de la pendiente refleja la influencia de la gradiente de la pendiente en la erosión. El potencial de erosión se incrementa con la inclinación de la pendiente. Para pendientes con longitudes mayores a 5 m se debe usar las siguientes ecuaciones:

Donde: S = Factor de inclinación de pendiente S = Inclinación de pendiente [%]

http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Suelos/Rusle.htm#3.2




= Angulo de pendiente [º] La pendiente y la longitud de la pendiente son medidos perpendicular a las curvas de nivel. El factor LS combinado en RUSLE representa la proporción de pérdida de suelo de una longitud e inclinación dada. Valores más que 1 representan condiciones más erosivas que la condición de referencia. Básicamente el RUSLE toma en cuenta: Las diferencias entre pendientes muy cortas (< 5 m) y pendientes más largas. Susceptibilidad a la erosión en surcos Vs entresurcos y pendiente (3 clases). Efecto de las temperaturas mínimas de invierno y congelamiento/deshielo de suelos. Forma de la pendiente como perfiles de suelo complejos. (Mannaerts,1999) 4. Factor de manejo de cobertura (C) El factor C es usado para reflejar el efecto de la cultivación y prácticas de manejo en las tasas de erosión. Este factor mide como el potencial de pérdida de suelo será distribuido en el tiempo durante la construcción de actividades, rotación de cultivos, y otros esquemas de manejo. El factor C está basado en el concepto de desviación standard, siendo el standard un área bajo condiciones de barbecho con cultivo limpio. El valor de C para condiciones Standard es 1.

5. Prácticas de control de la erosión (Factor P)

Cultivo Factor C

Suelo desnudo 1

Bosque, matorral denso o cultivo con acolchado 0.001

Sabana o pradera herbácea en buen estado 0.01

Sabana o pradera herbácea sobrepastada 0.1

Maíz o similar intensivo con laboreo 0.7

Maíz o similar intensivo sin laboreo 0.35

Maíz o similar extensivo sin laboreo 0.06

Algodón 0.55

Trigo 0.25

Arroz 0.15

Patata 0.25

Hortícolas 0.33


Es la relación de pérdida de suelo con prácticas de soporte a la pérdida correspondiente con labranza en pendiente, la cual tiene un valor de 1. Estas prácticas de control (soporte) combate la erosión, puesto que modifica los patrones de flujo y el grado o dirección de superficie de escurrimiento. Para las prácticas de soporte de tierras cultivadas, generalmente incluye contorno, cultivos en faja, terraceo y drenaje subsuperficial. RUSLE calcula el factor P basado en porcentajes de pendiente, longitud de pendiente, rugosidad, altura de bordes, distribución del “EI”, grupo de suelos hidrológicos y el efecto de terrazas contra la pendiente. Las prácticas de apoyo con las que trabaja el RUSLE son: (Mannaerts, 1999) A. Surcos en contorno

Camellones

Contornos a desnivel

Longitud de pendiente crítica, gradiente B. Terrazas

Terraceo en gradas

Deposición C. Cultivos en fajas

Fajas de amortiguación

Fajas perpendiculares a la pendiente D. Drenaje subsuperficial

Drenes E. Medidas de conservación en tierras silvopastoriles

Prácticas de manejo silvopastoril. La guía del usuario del RUSLE (1993), sugiere las siguientes prácticas mínimas de conservación de suelos, poniendo a consideración los valores del factor P para diferentes condiciones:

Altura entre surcos Factor P mínimo

Muy baja 0.5

Baja 0.3

Moderado 0.15

Alto 0.08

Muy alto 0.05

Valores de P mínimos para prácticas de contorno

Grado de la terraza (%) Subfactor de entrega de sedimentos

Al final de la salida 0.05

Nivel Cero 0.1

0.1 0.13

0.2 0.17


Valores de P para terrazas en función a su grado de pendiente

CALCULO DEL MODELO DE LA ECUACIÓN UNIVERSAL DE PERDIDA DE SUELOS SEGÚN (RUSLE)

El cálculo de la pérdida del suelo según RUSLE se aplico en el área de estudio que comprende entre las coordenadas en X: 1129900; 1130900 y en Y: 1125200; 1124200 en la vereda de Morca ubicado en el Nor-oriente de Sogamoso – Boyacá, cuyo calculo es el siguiente:

El RUSLE tiene la siguiente expresión matemática: (Mannaerts, 1999) FACTOR R: La Intensidad de lluvia en (mm/hr) según el POT de sogamoso se tiene los datos de precipitación trimestral de dos periodo lluviosos en el año los cuales son de Marzo a Mayo con un promedio de 90 mm/3meses y el otro periodo lluvioso es de septiembre a noviembre con una precipitación de 80 mm/3 meses del cual se obtuvo el dato de 0.078 mm/Hrs

E=0.29*(1-0.72*exp(-0.05(0.078 mm/Hrs)) E= 0.079 MJ/ha*mm La Intensidad de lluvia en (mm/30 min)= 0.039

Se supuso que N para nuestro estudio es de 6 meses de lluvia.

R= Ʃ(0.079*0.039)/6

R= 5.07 *𝟏𝟎−𝟒 MJ/ha

0.4 0.29

0.6 0.49

0.8 0.83

0.9 0.9

>1 1


FACTOR L Para su cálculo se utiliza la fórmula: (Mannaerts,1999) Para el calculo del factor de longuitud de la pendiente necesitamos saber la longuitud de la pendiente y el exponente de la longitud de la pendiente, para ello adquirimos estos datos haciendo cálculos de datos tomados del mapa topográfico como la distancia planimetría y la diferencia de alturas para hallar por estratimetria la longitud de la pendiente y el angulo de pendiente. = 1102.2m =4.54%

m=0.1342*LN(4.54)+0.192 m=0.40

L=(1102.2/72.6)0.40

L=2.96

FACTOR S

Se calcula mediante la formula

En nuestro caso la inclinación de la pendiente es 4,54% y es menor a 9

utilizamos la primera ecuación donde

S=10.8*sen 2.6 + 0.03

S=0.52


FACTOR C

El factor C está basado en el concepto de desviación standard por lo cual en

nuestra area se encontró BOSQUE, MATORRAL DENSO O CULTIVO

ACOLCHADO por lo que el factor es 0.001

FACTOR P

El factor P es la relación de

pérdida de suelo en la guía del usuario del RUSLE (1993), sugiere la siguiente tabla de conservación de suelos y en nuestra area la clasificamos como Altura entre surcos Alto (0.08)

Altura entre surcos Factor P mínimo

Muy baja 0.5

Baja 0.3

Moderado 0.15

Alto 0.08

Muy alto 0.05

A=5.07 *𝟏𝟎−𝟒 *0.49*1.5392*0.001*0.08

A=3.05 𝟏𝟎−𝟖 t/ha/año

Cultivo Factor C

Suelo desnudo 1

Bosque, matorral denso o cultivo con acolchado 0.001

Sabana o pradera herbácea en buen estado 0.01

Sabana o pradera herbácea sobre pastada 0.1

Maíz o similar intensivo con laboreo 0.7

Maíz o similar intensivo sin laboreo 0.35

Maíz o similar extensivo sin laboreo 0.06

Algodón 0.55

Trigo 0.25

Arroz 0.15

Patata 0.25

Hortícolas 0.33


ANALISIS DE RESULTADOS

El estudio de erosión realizado en el área señalada anteriormente arroja el

siguiente resultado:

A=3.05 𝟏𝟎−𝟖 t/ha/año lo cual indica un bajo índice de erosión debido a que la

formación a la cual se le aplico el estudio (Formación ermitaño) está

conformada por liditas y arcillolitas grises y negras cuya composición

mineralógica la hace muy resistente a procesos erosivos y a tener un bajo

grado de permeabilidad. Debido a esto las liditas son utilizadas para recebos

en vías.

Pese a que cerca a la zona de estudio se en contrataban ubicadas un sin

número de minas de carbón las cuales arrojan sus aguas calichosas laderas

abajo hasta la quebrada Las Torres, el valor encontrado en el cálculo de la

erosión es prácticamente insignificante, sin embargo se debe tener en cuenta

que la zona no presenta abundante aéreas de suelos descubiertos si no,

abundante vegetación que ayuda a mantener una erosión baja. Las zonas de

pastoreo son utilizadas correctamente y no se evidencian conflictos del uso del

suelo lo que lo hace menos susceptible a ser erodado.


CONCLUSIONES

De la ecuación se concluye fácilmente que si se manejan

adecuadamente los cultivos y se aumentan las prácticas preventivas de

conservación de suelos con aumento de cobertura vegetales, la erosión

disminuye significativamente y viceversa

Determinamos la influencia del factor topográfico del paisaje en la susceptibilidad en la erodabilidad de un suelo.

Analizamos y evaluamos la relación explicita entre la cobertura vegetal, el uso adecuado del suelo y el grado de erosión del mismo


ANEXOS

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