Modelos de erosión 2
Modelos paramétricos.
Curso Básico de Hidráulica Fluvial23 - 24 de agosto de 2011
Tuxtla Gutiérrez (México)Modelos paramétricos.
Modelo USLE. Modelo
RUSLE
Tuxtla Gutiérrez (México)
Proceso erosivos- Primera parte
José Luis García Rodríguez
FORMULAS EMPÍRICAS
ZINGG (1940)
A= C·Sm·Ln-1
A, son las pérdidas de suelo por unidad de área para una parcela de pendiente conocida y anchura unidad.
C, es una constante que depende de las condiciones de la parcelaS, es la pendienteL, es la longitud en proyección horizontal
MUSGRAVE (1948)
E = (0,00527) I·R·S1,35 L0,35 P301,35
E, son las pérdidas de suelo (mm suelo/año)I, es el índice de erosionabilidad del suelo en parcela estándarR, es el factor de la cubierta vegetalS, es el factor pendiente (%)L, es la longitud de pendiente (m)I30, es la precipitación máxima en 30 minutos (mm)
Modelo U.S.L.E.
La expresión general del modelo U.S.L.E. es la siguiente:
A = R·K·L·S·C·P
donde,A, son las pérdidas de suelo en t/ha·añoA, son las pérdidas de suelo en t/ha·añoR, es el índice de erosión pluvial en hJ·cm/m2·horaK, es el índice de erosionabilidad del suelo en (t·m·hora/ha·J·cm)L·S, es el factor topográfico, producto de los factores, longitud dependiente, L, y pendiente, S.C, es el factor cultivo (vegetación o de uso del suelo).P, es el factor de prácticas de conservación de suelos agrícolas.
Indice de erosión pluvial, R )/(2 hmcmhJ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
.
Se debe a W.H. WISCHMEIER (1959) y representa la potencia delaguacero para erosionar superficialmente el suelo; por tanto, encierta medida es un índice de su torrencialidad.
Es el índice de erosividad de la lluvia.
El valor de este factor cuantifica el efecto del impacto de la gota deEl valor de este factor cuantifica el efecto del impacto de la gota delluvia y refleja también la cantidad y el valor asociado a unatormenta.
Se define como el producto de la energía cinética de un aguacero porsu máxima intensidad en 30 minutos (dividido por cien, en el S.I.).
100
I·ER 30==== hJ·cm/m2·h
Factor R
Su cálculo debe realizarse para cada aguacero, “j”,
producido en un año concreto, “k” , de ahí que resulte el
índice de erosión de lluvia EjI30j
La suma de los “m” diferentes valores de EjI30j, para los La suma de los “m” diferentes valores de EjI30j, para los
aguaceros del año, “k”, ofrece el valor de la erosividad
de la lluvia para ese año concreto y en esa estación.
La suma de los valores de toda una serie de, “N” años
en esa estación (se recomienda al menos entre 20 y 25
años), se divide por el número de años de la serie, N, y
se obtiene el valor del factor R
La energía del aguacero, en J/m2 , en el S.I., viene dada por laexpresión:
donde,
(210,2 + 89·log I), representa la energía cinética del aguacero de
I)(IT)89+2(210=E log,
(210,2 + 89·log I), representa la energía cinética del aguacero de intensidad I, en hJ, por cm. de lluvia y m2 de superficie. (hJ/cm·m2)
T, es la duración del aguacero en horas.
En consecuencia, el valor del índice de erosión pluvial, R, sedefine por la ecuación:
I)TI)(logI89+(210,2=R 30jjj
n
1j=
∑
donde,donde,
R, es el índice de erosión pluvial en (hJ·cm)/(m2·h)Tj, es el período de tiempo en horas, para intervalos homogéneosde lluvia durante el aguacero.Ij, es la intensidad del aguacero en los intervalos citados en cm/h.I30, es la máxima intensidad de la lluvia en 30 minutos, durante elaguacero en cm/h.j, son los intervalos homogéneos del aguacero.n, es el número de intervalos.
Este trabajo suele ser laborioso y requiere de bandas de pluviografo. Se
pensó en trabajar por zonas asociadas a las principales vertientes
hidrográficas españolas, en términos generales, la atlántica (I) y lamediterránea (II y III).
FACTOR R
1.- Para toda España, excepto para las zonas definidas en los apartados siguientes 2 y 3:
2.- Para la vertiente mediterránea de Andalucía, área del estrecho y la cuenca del Segura:
24F•MV•MR•PMEX•e=R 0.4140.366-0.5111.297-1.235
3.- Para la zona central de la cuenca del Ebro, área de los Pirineos Centrales yoccidentales, la zona costera del Ebro y el área costera del Levante:
e•e•24F•MV•MR•PMEX•F•10T•2T•e=R Z.9•-0.157Z.7•0.2110.80.536-1.221.628-0.482-0.8281.031-0.754
24F•MR•PMEX•e=R 0.563-0.3881.314-0.834
donde,e, es la base de los logaritmos neperianos.PMEX, es el valor medio de las series anuales de lluvias mensuales máximas (mm.)MR, es la precipitación media del período octubre-mayo (mm.)MV, es la precipitación media del período. junio-septiembre (mm.)F24, es el cociente entre la precipitación máxima de la lluvia en 24 horas del año, elevado alcuadrado, y la suma de precipitaciones máximas en 24 horas de todos los meses de esemismo año (mm.)T2 y T10, son la precipitación anual (mm.) con período de retorno de dos y diez añosrespectivamente, hallados mediante ala distribución Gumbel.F, es el factor de agresividad del clima en mm. (Fournier)Z.7, es un factor de zonificación (comprende: Cuenca de Levante costera, Ebro costero,Pirineo oriental costero y Baleares) y Z.9, es un factor de zonificación (comprende la Cuencadel Ebro central) Sus valores serán 1 si estamos en ese área, y 0 si no.
24F•MR•PMEX•e=R 0.563-0.3881.314-0.834
e•e•24F•MV•MR•PMEX•F•10T•2T•e=R Z.9•-0.157Z.7•0.2110.80.536-1.221.628-0.482-0.8281.031-0.754
24F•MV•MR•PMEX•e=R 0.4140.366-0.5111.297-1.235
Ejercicio del Factor R
Determinar el factor de erosionabilidad pluvial, Rag, del aguacero acaecido en
Palencia capital durante la tormenta del 15 de julio de 1997.
El pluviógrafo registro el siguiente yetograma
Hora Pi (mm)
16:36 0,0
16:48 2,216:48 2,2
17:00 11,0
17:12 20,2
17:24 21,4
17:36 7,0
17:48 13,8
18:00 4,2
18:12 0,0
Resumen de datos de la tormenta
Factor R
Wischmeier indica en su manual de
cálculo del Factor R que la intensidadcálculo del Factor R que la intensidad
máxima en 30 minutos no debe
considerarse superior a 63,5 mm/h
Tiempo
(min) Pi (mm)
Ii
(mm/h) Ii (cm/h)
Ei x Pi
(*)
Ei x Pi
(**)
0 - 12 2,20 11 1,1 213,9 213,9 47,1 47,1
12, 1 - 24 11,00 55 5,5 276,1 276,1 303,7 303,7
24,1 - 36 20,20 101 10,1 299,6 289 605,2 583,8
36,1 - 48 21,40 107 10,7 301,8 289 645,9 618,5
48,1 - 60 7,00 35 3,5 258,6 258,6 181,02 181,02
60,1- 72 13,80 69 6,9 284,9 284,9 393,2 393,2
Ei = 210.2 + 89 logIi
60,1- 72 13,80 69 6,9 284,9 284,9 393,2 393,2
72,1 - 84 4,20 21 2,1 238,9 238,9 100,3 100,3
TOTALES 79,80 2276,4 2276,4
(*) Cálculos de la energía cinética sin aplicar el límite, Ii > 7,6 cm/h→ Ei = 289
(**) Cálculos de la energía cinética aplicando el límite, Ii > 7,6 cm/h→ Ei = 289
Los valores de R del aguacero según las diferentes
modalidades de cálculo son los siguientes:
1) Sin aplicar los límites de la EC de cada intervalo del
aguacero, ni el límite de Imáx en 30 min (columna (*) de la
tabla
2) Si se aplica el límite para la EC de los intervalos del2) Si se aplica el límite para la EC de los intervalos del
aguacero, es decir, si Ii > 7,6 cm/h Ei = 289
(columna (**) de la tabla)
3) Si se tiene en cuenta la metodología recomendada en
EEUU por Wischmeier, deben aplicarse los límites respecto
a la EC (si Ii > 7,6cm/h entonces, Ei = 289 mm/h)
1) Sin aplicar los límites de la Ec de cada intervalo del
aguacero, ni el límite de Imáx en 30 min (columna (*)
de la tabla
42,2276P·E ii ====∑∑∑∑
9,2144342,9·42,2276I)·P·E( 30ii ========∑∑∑∑
12ag h·cmm·hj4,214
100
9,21443R −−−−========
62,2227P·E ii ====∑∑∑∑
99,2098342,9·62,2227I)·P·E( ========∑∑∑∑
1) Si se aplica el límite para la Ec de los intervalos del
aguacero, es decir, si Ii > 7,6 cm/h Ei = 289
(columna(**) de la tabla)
99,2098342,9·62,2227I)·P·E( 30ii ========∑∑∑∑
12ag h·cmm·hj84,209
100
99,20983R −−−−========
1) Si se aplica la metodología recomendada en EEUU
por Wischmeier, deben aplicarse los límites respecto a
la Ec (si Ii >7,6 cm/h, entonces, Ei = 289 mm/h)
42,2276P·E ii ====∑∑∑∑
26,1414535,6·42,2276I)·P·E( 30ii ========∑∑∑∑
12ag h·cmm·hj5,141
100
26,14145R −−−−========
Tiempo
(min) Pi (mm) Ii (mm/h) Ii (cm/h) Ei = 210.2 + 89 logIi Ei x Pi (*) Ei x Pi (**)
0 - 12 2,20 11 1,1 213,9 213,9 47,1 47,1
12, 1 - 24 11,00 55 5,5 276,1 276,1 303,7 303,7
24,1 - 36 20,20 101 10,1 299,6 289 605,2 583,8
36,1 - 48 21,40 107 10,7 301,8 289 645,9 618,536,1 - 48 21,40 107 10,7 301,8 289 645,9 618,5
48,1 - 60 7,00 35 3,5 258,6 258,6 181,02 181,02
60,1- 72 13,80 69 6,9 284,9 284,9 393,2 393,2
72,1 - 84 4,20 21 2,1 238,9 238,9 100,3 100,3
TOTALES 79,80 2276,4 2276,4
(*) Cálculos de la energía cinética sin aplicar el límite, Ii > 7,6 cm/h→ Ei = 289
(**) Cálculos de la energía cinética aplicando el límite, Ii > 7,6 cm/h→ Ei = 289
Recientes estudios…
Tesis doctoral de
Margarita Roldán
EUIT Forestal
Factor de erosionabilidad del suelo, K (t·m·h/ha·hJ·cm)
La erosionabilidad (erodibilidad) representa la
susceptibilidad del suelo a ser erosionado.
El factor K de este modelo representa la pérdida de suelo
por unidad de erosividad de la parcela estándar.
Factor de erosionabilidad del suelo, K (t·m·hora/ha·hJ·cm)
• La ecuación de regresión de Wischmeier (1971), obtenida del análisis de
los datos proporcionados por simuladores de lluvia es la siguiente:
)3c(23,3)2b(20,4)a12(M000271,0K100 14,1 −−−−++++−−−−++++−−−−⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅
donde,donde,
M, es el producto del porcentaje de partículas de suelo comprendidas entre
0,002 y 0,1 mm de diámetro, expresado en %, por el porcentaje de
partículas de suelo comprendidas entre 0,002 y 0,2 mm de diámetro,
expresado en %, o lo que es igual a la diferencia entre el 100 % y el
porcentaje de arcilla de la muestra de suelo.
a, es el % de materia orgánica
b, es el número correspondiente a la estructura del suelo
c, clase de permeabilidad del perfil del suelo, según la codificación de la
U.S.D.A.- Soil Survey Manual.
Posteriormente, Wischmeier y Smith (1978),
establecieron un nomograma para el cálculo de este
factor, en que se incluyen los parámetros anteriores.
En una primera aproximación, se prescinde de los términos b (estructura) y c (permeabilidad).
Permeabilidad
Los valores para el % de limo y arenamuy fina, % de arena (0,1-2,0 mm), % demateria orgánica y estructura, se tomande los 15 a 20 cm superiores del perfiledáfico.
Cuenca media del rio Jarama. Abril 2008
Mapa de litologías en la cuenca media
del rio Jarama.Proyecto Univ.
Chapingo. 2009.Programa SWAT
Tipos de rocas formadoras del substrato superficial o litofacies.
Rango del factor K (máx. – mín.)
Rocas correspondientes al estrato cristalino(granito, gneis, ...) y rocas basálticas.
0,05 – 0,15
Cuando no se dispone de muestras de suelo, se pueden utilizar valores basados en estudios y experiencias (Paisajes de Estados Erosivos en Grandes Cuencas) agrupados en unidades de litofacies semejantes.
(granito, gneis, ...) y rocas basálticas.
Rocas silíceas compactas (metamórficas,areniscas duras, cuarcitas, ...)
0,10 – 0,25
Rocas sedimentarias bien consolidadas (calizasduras, dolomías, calcarenitas, ...)
0,20 – 0,40
Rocas sedimentarias blandas (margas, yesos,formaciones flysh, calizas poco consolidadas,areniscas disgregables, ...)
0,40 – 0,60
Rocas cuaternarias (depósitos recientes) 0,40 – 1,00
Factor topográfico, L·S
Este factor combina el factor, L, longitud de pendiente y el factor pendiente, S, resultando un valor que aumenta el valor final de las pérdidas de suelo conforme aumenta la pendiente del terreno.
Proyección horizontal
Pendiente, s(%)
Longitud de pendiente, λ (m)
- para pendientes, s<9 % y longitudes de pendiente, λ<350 m
⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅++++
⋅⋅⋅⋅
λλλλ
====⋅⋅⋅⋅s043,0s30,043,0
SL23,0
En 1982 se da la última revisión del factor (McCool et al, 1982), para laderas más o menos uniformes, resultando las expresiones siguientes:
⋅⋅⋅⋅
====⋅⋅⋅⋅613,61,22
SL
- para pendientes, s>9 % y cualquiera que sea la longitud de pendiente.
3,13,0
9s
1,22SL
⋅⋅⋅⋅
λλλλ====⋅⋅⋅⋅
s m = 0,30 m = 0,40 m = 0,50 m = 0,60
% ���� L·S ���� L·S ���� L·S ���� L·S
100 5 28,5
70 8,5 21,8
60 11 18,5
En la U.D. de Hidráulica e Hidrología de E.T.S.I. de Montes de Madrid se aplica el método de Mintegui (1983), mediante la correlación con el mapa de pendientes
60 11 18,5
30 58 10,7
24 64 6,7
18 78 4,4
12 100 2,4
3 233 0,5
Pendiente, S (%) Factor L·S
100 28.5
70 21.8
60 18.5
Valores medios de pendientes y del factor L·S que se pueden adoptar para trabajos en primera aproximación
60 18.5
30 10.7
24 6.7
18 4.4
12 2.4
3 0.5
Factor C
El efecto que la vegetación proporciona al suelo y que esrecogido en la determinación del factor C (Wischmeier ySmith, 1975), se debe al producto de tres subfactores:
1) La protección aérea que la vegetación proporciona al suelo.
2) La protección que proporciona la vegetación en contacto conla superficie del suelo
3) Los efectos que los residuos de la vegetación tienen en laprotección del suelo, tanto porque lo cubren, como porquepueden variarle algunas de sus propiedades físicas.
Relación del factor C y del R.
�El valor de C no es constante a lo largo del año, especialmenteen el caso de cultivos agrícolas, estableciéndose para su cálculolos períodos denominados: barbecho, siembra, establecimiento,crecimiento y maduración y rastrojo.
�Estos períodos varian de unos cultivos a otros y de unas zonas�Estos períodos varian de unos cultivos a otros y de unas zonasgeográficas a otras, por lo que se relaciona con el índice deerosividad, R, y su comportamiento anual.
�En España, se han establecido perfiles de comportamiento delfactor R para diferentes zonas , normalmente asociados a cuencashidrográficas para poder estimar el porcentaje que corresponde acada período vegetativo
Relación entre el Factor R y el Factor C.
Tipo de usos del suelo Valor del factor C
Arbolado con Fcc > 70%. Bosque 0,01
Arbolado con Fcc: 20%-70% 0,03
Arbolado con matorral (<20%) 0,04
Matorral con arbustos, Fcc < 70 %
0,20
Matorral con arbustos, Fcc > 70 0,10
Trabajos, informes, proyectos,…
Basado en la Memoria
del I Inventario Nacional de Erosión de Matorral con arbustos, Fcc > 70
%0,10
Pastizal con matorral 0,15
Pastizal 0,10
Cultivos arbóreos de secano (almendros, olivos, viñedos, ...)
Uso del suelo
Cultivos anuales y herbáceos 0,25
Cultivos en regadío 0,04
Improductivo (poblaciones, embalses, canteras, roquedos, ...)
1,00
Erosión de Suelos.
Paisajes Erosivos en
Cuencas
Los tres subfactores que afectan al factor C
A.Cubierta forestalB.Cubierta del suelo
C.Suelo desnudo con finas raíces en la capa
superficial
Wischmeier, 1975Wischmeier, 1975
Fuente: Brooks et al.
En Gray y Sotir
Factor C Forestal
Fuente: Hydrology and
the management of
watersheds
Brooks, K et al.
En este modelo se incluyen en un principio, el cultivo anivel, el cultivo en fajas y las terrazas.
Definición.Relación entre el valor medio de las pérdidas de suelo
Factor Prácticas de Conservación de Suelos Agrícolas
Relación entre el valor medio de las pérdidas de suelo
producidas en un campo donde se realizan las prácticas
de conservación de suelo antes mencionadas, y las que
se originarían en el mismo campo si se hicieran las
labores en la dirección de la máxima pendiente, a igualdad
de los restantes factores, lluvia, suelo, topografía y
vegetación, en ambas situaciones.
λ= 22,1 m
9%
Pendiente (%)
CULTIVO A NIVEL CULTIVO EN FAJAS
CULTIVO EN TERRAZAS
Factor P Máxima longitud
1-2 0,60 120 0,30 0,12
3-5 0,50 90 0,25 0,10
Factor Prácticas de Conservación de Suelos Agrícolas
3-5 0,50 90 0,25 0,10
6-8 0,50 60 0,25 0,10
9-12 0,60 35 0,30 0,12
13-16 0,70 25 0,35 0,14
17-20 0,80 20 0,40 0,16
21-25 0,90 15 0,45 0,18
Fuente: Procesos de Erosivos
Pérdidas de suelo
Tolerancia de las pérdidas de suelo ymapa de pérdidas de suelo.
•El concepto surge en USA, comoconsecuencia del desarrollo de losmodelos de erosión, con un claro criterioproductivista y experimental.
• Según López Cadenas de Llano y Blanco(1976), esta tolerancia refleja la máximapérdida de suelo que puede admitirsealcanzando todavía el grado deconservación necesario para manteneruna producción económica en un períodofuturo previsible, con los medios técnicosactuales.
Los valores de tolerancia dependen del
tipo de suelo, de su espesor y de las
propiedades físicas del mismo, aunque
se suele admitir el rango de valoresse suele admitir el rango de valores
comprendidos entre 2 y 12,5 t·ha-1·año-1,
siendo esta última cifra válida para
suelos permeables y de gran espesor.
Según el Prof. Gandullo (1999), desde el punto de
vista ecológico y conservacionista dicho
razonamiento no es lógico pues el planteamiento
sería así:
“la máxima pérdida de suelo tolerable en un“la máxima pérdida de suelo tolerable en un
tiempo dado tiene que ser igual a la cantidad de
suelo que el sistema ecológico es capaz de
“edificar” de acuerdo con las condiciones
ambientales en que se encuentre”.
La pérdida de suelo está ligadaestrechamente con la velocidad deformación del suelo, pero este momentoes difícil de reconocer, sobre todo teniendoen cuenta que las velocidades de formaciónen cuenta que las velocidades de formaciónson tan lentas que no pueden determinarsecon facilidad (Morgan, 1997), situándose enun valor medio mundial de 0,1 mm/año(Zachar, 1982).
Pérdidas de suelo
A (t/ha.año)
Grado de la
erosión hídrica
< 10
10 – 50
50 – 200
Ninguna o ligera
Moderada
Alta
FAO-PNUMA-UNESCO.
50 – 200
> 200
Alta
Muy alta
Como se puede observar, el umbral inferior, 10t/ha·año, corresponde al supuesto de la pérdidaanual de 0,5 mm de suelo con un peso específicode 2.000 kg/m3. Se le suele llamar At
Pero la idea de pérdida admisible de suelo otolerancia no es tan simple, …
En un trabajo de planificación como es laOrdenación Agrohidrológica, hay queestablecer:
1º) El tipo de suelo en que se actúa y cuál es su1º) El tipo de suelo en que se actúa y cuál es suedafogénesis.
2º) Precisar el límite o umbral de pérdidastolerables, a partir del cual, se podrán definirlas primeras actuaciones forestales, tendentesa la restauración de las tierras afectadas por laerosión.
[[[[ ]]]]1E
zEzk
dt
dzv
−−−−⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅========
VELOCIDAD DE FORMACION DEL SUELO.
Por analogía con otros fenómenos biológicos, se puede suponer que lavelocidad de formación de un suelo, en un momento dado y cuando tieneun espesor de, “z”, cm puede venir dada por la ecuación,
Siendo, E, el espesor máximo quepuede alcanzar el suelo en lascondiciones ambientales existentes.
El factor “z” queda justificado porque cuanto mayor sea la profundidaddel suelo mayor será la capacidad de retención de agua, mayor laposibilidad de existencia de raíces y otros seres vivos y todo ellofacilitará en mayor grado la alteración química y la intensidad de todoslos procesos pedogénicos.
El factor “(E-z)/E”, se explica por la existencia final de un equilibrio. Laprofundidad del suelo no puede crecer indefinidamente; dadas unascondiciones ambientales, el suelo puede alcanzar un máximo espesorvariable según las características climáticas, fisiográficas, litológicas y eltipo de vegetación que pueda asentarse en el mismo.
dtkzEz
dz ⋅⋅⋅⋅====
−−−−++++
11De la ecuación (1) se deduce:
Si consideramos tiempo cero a un espesor mínimo “εεεε” (roca con unprincipio de alteración o/y una rudimentaria vegetación asentada sobreella) y tiempo T al momento en que el suelo ha alcanzado su equilibriocon las condiciones ambientales (profundidad E-εεεε), se puede integrar laanterior ecuación entre 0 y T.
[ ] [ ]
T
EL
T
ELk
kTELLLEL
ktzELzLTE
)(2)(2
)()()()(
)()( 0
≈−
=
=−+−+−
=−−−
ε
εεεε
ε
ε
anterior ecuación entre 0 y T.
[[[[ ]]]]22
E
zEz
T
LEv
−−−−⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====
Considerando la ec (1) se tiene:
Si en [2] ‘E” y “z” se expresan en cm y ,T, en años, la profundidad de
[ ]3)/(250
125101025,1/25,1 682añohat
E
zEz
T
ELvvcmgrv ⋅
−⋅⋅
⋅=⋅=⋅⋅⋅=⋅ −
Si en [2] ‘E” y “z” se expresan en cm y ,T, en años, la profundidad desuelo que es permisible perder al año, desde un punto de vistaecológico y conservacionista, será de “v” cm, cuando el espesor delsuelo sea “z”. Si consideramos una densidad aparente del suelo de1,25 gr/cm3, esta profundidad equivale a:
EDADES Y ESPESORES DE LOS SUELOS CLIMACICOS ESPAÑOLES.
En un esquema muy simplificado, y por ello con todos los contraejemplos puntuales que se deseen, podemos asegurar que la mayor parte de los suelos españoles responden, esencialmente, a cuatro procesos pedogenéticos distintos:
A: Levigación con mayor o menor tendencia a la podzolización, proceso típico de los climas templado-fríos y suficientemente húmedos cuando la pendiente es escasa.Estos suelos se forman con bastante rapidez. Las cifras oscilan entre los 550 años en arenas incoherentes (SQNDHEIM et alt., 1981) y 2.000/3.000 años (DUCHAUFOUR, 1987) cuando la roca es coherente o/y cuando su naturaleza calcárea precisa una primera descarbonatacion.
B: Braunificación o calcimorfización, procesos característicos de los suelos templado-fríos en los que la menor pluviosidad o/y la pendiente o/y la abundancia de carbonato cálcico ralentizan la evolución del suelo, y de aquellos suelos mediteráneos asentados sobre caliza y donde la pendiente impide la descarbonatación. En estas circunstancias la formación del suelo estable pendiente impide la descarbonatación. En estas circunstancias la formación del suelo estable parece requerir un tiempo variable entre 5.000 (WILKE, 1975) y 10.000 años (RIRKELAND, 1974).
C: Fersialitización restringida, proceso característico de los climas templado-cálidos mediterráneos, bien semiáridos, bien subhúmedos, pero sin monosialitización y donde la arcillosidad del horizonte Bt se debe esencialmente al fenómeno de argillización “in situ”.En este caso nos encontramos ya en los suelos que DUCHAUFOUR (1984) denomina suelos de ciclo largo. BORNAND (1978) estima en cifras del orden de 50.000 a 100.000 años el tiempo de su formación completa. SPAARGAREN (1979) concuerda con estas cifras.
D: Fersialitización total, proceso observado bajo clima templado-cálido mediterráneo subhúmedo, en zonas llanas o de escasa pendiente, con fase de monosialitización, formando suelos maduros con edad superior a 500.000 ó 1.000.000 años (TORRENT et alt.. 1980; PORTA et alt., 1994).Los espesores de los distintos suelos estables pueden ser muy variables, pero puede estimarse en un valor máximo de 120 cm si la roca es coherente y de 200 cm sobre materiales incoherentes (MONTURIOL y GUERRA, 1983).
T=500 T=5.000 T=10.000 T= 100.000 T=1.000.000
10 21.94 2.19 1.10 0.11 0.02
20 39.90 3.99 1.99 0.20 0.04
30 53.86 5.39 2.69 0.27 0.05
40 63.83 6.38 3.19 0.32 0.06
50 69.82 6.98 3.49 0.35 0.07
TABLA 1(Pérdida admisible de suelo para E = 120 cm en t/(ha·año))
Profundidadactual delsuelo (cm)
60 71.81 7.18 3.59 0.36 0.07
70 69.82 6.98 3.49 0.35 0.07
80 63.83 6.38 3.19 0.32 0.06
90 53.86 5.39 2.69 0.27 0.05
100 39.90 3.99 1.99 0.20 0.04
110 21.94 2.19 1.10 0.11 0.02
T= 500 T=5.000 T=10.000 T=100.000 T=500.000
10 25.16 2.52 1.26 0.13 0.02
20 47.68 4.77 2.38 0.24 0.05
30 67.55 6.76 3.38 0.34 0.07
40 84.77 8.48 4.24 0.42 0.08
50 99.34 9.93 4.97 0.50 0.09
60 111.26 11.13 5.56 0.56 0.11
70 120.54 12.05 6.03 0.60 0.12
80 127.16 12.72 6.36 0.64 0.13
TABI.A II(Perdida admisible de suelo para E= 200 cm en Tm/(ha·año))
ProfundidadActual delSuelo (cm)
90 133.13 13.11 6.56 0.66 0.13
100 132.46 13.25 6.62 0.66 0.13
110 131.13 13.11 6.56 0.66 0.13
120 127.16 12.72 6.36 0.64 0.13
130 120.54 12.05 6.03 0.60 0.12
140 111.26 11.13 5.56 0.56 0.11
150 99.34 9.93 4.97 0.50 0.09
160 84.77 8.47 4.24 0.42 0.08
170 67.55 6.76 3.38 0.34 0.07
180 47.68 4.77 2.38 0.24 0.05
190 25.16 2.52 1.26 0.13 0.02
Modelo RUSLE
Handbook 703. USDAHandbook 703. USDA
MODELO RUSLE
En 1985, se acordó llevar a cabo la revisión de la
U.S.L.E., para incorporar nuevas investigaciones y
tecnologías, posteriores a la publicación del libro de la
USLE en 1978. USLE en 1978.
El trabajo de revisión fue iniciado seriamente después
de 1987, y resultó un nuevo libro técnico (Handbook,
703) y una tecnología denominada RUSLE, la Revisión
de la USLE.
General Flow Chart of RUSLE
User inputs to
describe specific site
Data files previously
defined by userRUSLE
Computations
R
K
LS
C
Location
Soil
City
(Weather)
Database
Plant C
P
Soil
Topography
Land Use
Plant
Database
Operations
Database
A-RUSLE Soil
Loss Estimate
Los archivos de datos songeneralmente definidos por el usuario
Definidos por el usuario para unadeterminada zona/gestión/práctica
de conservación
RCLIMA
KSUELO
LSTOPOGRAFÍA
ARCHIVO “CITY”
ARCHIVO DE CULTIVO
CGESTIÓN DE LA CUBIERTA
PPRÁCTICA DE
CONSERVACIÓN
APÉRDIDA DE
SUELOESTIMADA
ARCHIVODE
OPERACIÓN
La RUSLE mantiene la estructura básica de la USLE,aunque cambian algunos algoritmos, que explicanindividualmente cada uno de los factores.
El cambio más significativo es la informatización deesta tecnología, de esta manera cada factor quedadeterminado recurriendo a las bases de datosdeterminado recurriendo a las bases de datosintegradas en el programa informático en el que seapoya.
En una breve descripción de las novedadesincorporadas a los distintos factores U.S.L.E. sedestacan aquellas de interés por su posibleaplicación...
KLSCP
AReq ====
Factor R.Se desarrollan nuevos e importantes avances en la producción demapas de iso-R, aumentando el número de estaciones de las que sedisponía en el Agriculture Handbook 537.
Posteriormente se desarrolla el concepto del Req, obtenido de:
KLSCPeq
donde,
A,K,L,S,C y P están basadas en medidas de campo.
Se relacionaron los valores Req con valores de precipitación anual paraobtener mapas de erosión utilizables en las grandes extensionescerealistas estadounidenses.
Se tiene en cuenta una reducción de los valores R en zonas de bajaspendientes donde ocurren grandes tormentas. La reducción se basa en elefecto que produce el agua almacenada en el suelo (Huss y Green, 1983).
En la base de datos, CITY, se incorporaron losdatos de 119 áreas de distribución delproducto E·I en distintas zonas climáticas deU.S.A.
Los archivos incluyen además de suidentificación:identificación:
•Número de días sin heladas•R anual o Req•Distribución de EI30 en períodos de 15 días•EI30 de tormenta anual máxima para períodosde recurrencia de 10 años.
Uno de los problemas del desarrollo de los valores de R enla Base de Datos CITY es la escasez de datos utilizadospara calcular las relaciones de tiempo-intensidad y, el valorEI30 por períodos.Otros autores intentaron calcular R correlacionando laprecipitación anual y mensual con los factores Rconocidos.
Renard y Freimund (1993) presentaron las ecuaciones deRenard y Freimund (1993) presentaron las ecuaciones deregresión siguientes:
R=0,0048 P1,61 R=0,074 F1,85
donde,R, es el índice de erosión pluvial.P, es la precipitación anualF, es el índice de Fournier (1960)
Donde, pi, es la precipitación mensual y P es la precipitación anual
∑=
=12
1
2
i
i
P
pF
Estas ecuaciones siempre dan altos coeficientes de determinación (r2=0,81) y el error estándar alto, por lo que se recomienda un mejor ajuste.
Para los mismos autores el (EI30)10 es el siguiente:
(EI30)10=2,98 R0,70
Factor K
El modelo RUSLE incluye ecuaciones para estimar valores
de K donde el nomograma no puede aplicarse (por ejemplo,
en suelos volcánicos con gran contenido en materia
orgánica).
Otros cambios:Otros cambios:
Se tienen en cuenta los fragmentos de roca en y sobre el
perfil del suelo. Se refleja el efecto de la pedregosidad del
perfil del suelo en la permeabilidad en tramos de
escorrentía. Los fragmentos de roca en el perfil del suelo se
asume que reducen la permeabilidad y por lo tanto,
aumentan la escorrentía y la erosionabilidad del suelo.
Los datos han mostrado que los valores de K, varían estacionalmente
•Son muy altos en la primavera inmediatamente a los deshielos.
•Los valores más bajos ocurren en la mitad de otoño y en invierno.
La variabilidad estacional se trata en la RUSLE mediante estimaciones
instantáneas de K calculadas en proporción con las estimas
bimensuales de E·I de los archivos de la BD CITY. Los valores de K
estimados se obtienen con ecuaciones relacionando el K con el
período libre de heladas y el factor K anual.
Factor K
La variabilidad temporal del factor K, según
Young et al., 1990, se puede aplicar a una serie
corta de años o para determinados eventoscorta de años o para determinados eventos
tormentosos, en donde el uso del factor K de
Wishmeier (1971) constituye un error al obviar
su variabilidad.
Factor K
La variación aludida está correlacionada con 3 factores:
• la temperatura del suelo (ciclos de deshielo,
congelación),
• textura del suelo y
• humedad del suelo.
Factor K
• El factor K según Young et al (1990), se presenta como una propiedad dinámica. A lo largo del año tomará un valor máximo, Kmax, en el tiempo tmax (a partir del 1 de noviembre) y un valor mínimo, Kmin, en el tiempo tmin, cumpliéndose las relaciones siguientes:
• Kmax/Kmin=8,60 – 0,001116* R
• Kmax/Knom=3,00 – 0,000294* R
• En donde Knom, es el factor K obtenido por la ecuación de regresión de Wischmeier (1971) del modelo USLE.
A su vez el valor de tmax se obtiene a partir del valor R
de la USLE.
Si R ≤ 5957 entonces tmax=154-0,0258*R
Si R >5957 entonces tmax=519-0,0258*RSi R >5957 entonces tmax=519-0,0258*R
De esta forma, conocidos los valores de R y Knom, se
pueden calcular los valores de Kmax, Kmin y tmax. Si el
período libre de helada ∆t es el tiempo transcurrido
entre el Kmax y el Kmin, se verifica que tmin = ∆t + tmax
Una vez conocidos todos estos parámetros se puede evaluar elvalor medio anual de K, por medio de una media ponderada,considerando los valores parciales de erosionabilidad yerosividad correspondientes a los diferentes períodos “i”:
(((( ))))∑∑∑∑====
100ii
av
IEKK
•
100
Donde,Kav es el valor medio anual del factor KKi es el valor parcial correspondiente al período “i” y(EI)i es el porcentaje del índice de erosividad anual R,correspondiente al período “i”.
Factor L·S
La revisión de este factor se lleva a cabo por McCool et al (1989), considerando la influencia de lasmismas variables, longitud y pendiente.
En la RUSLE, a diferencia de la USLE, se aumentala influencia de la longitud de pendiente λλλλ, alconsiderar que al aumentar la longitud seincrementa notablemente la formación deregueros.
m
L
λλλλ====
122 ,
donde
1++++====B
Bm
El factor L toma la expresión siguiente:
1++++B
λλλλ, es la componente horizontal de la longitud de la ladera, y
B es el cociente entre la erosión en regueros que se produce en cada parcela y que puede evaluarse mediante la expresión siguiente:
Siendo,θ el ángulo de pendiente.
Para cada ladera, según el ángulo de pendiente, se calcula B, y coneste valor se calcula m y, por último, L quedando recogidos susvalores en tablas “ad hoc”.
El factor S se estima mediante las expresiones siguientes:
(((( )))) [[[[ ]]]]56003 80,)(,/•
, ++++θθθθθθθθλλλλ==== senSenB
Donde se observa una disminución del peso de S respecto a la ecuación inicial de Wischmeier de 1978.
El factor S se estima mediante las expresiones siguientes:
03,08,10 += θsenS (si S<9 %) y
03,08,16 −= θsenS (si S>9 %)
Factor C
Los ratios de pérdidas de suelo (Soil Loss Ratios, SLR)
utilizados en el cálculo de este factor son quizás los
términos más importantes en la RUSLE porque representan
las condiciones que pueden ser manejadas más fácilmente
para reducir la erosión.
Los valores de C son medias de los Soil Loss Ratios, SLR,que representan las pérdidas de suelo respecto a las
condiciones estándar de parcela. Los SLR varían durante el
año como el suelo, condiciones de las plantas, cubierta, y
cambios aleatorios de la rugosidad. La RUSLE calcula los
valores de C calculando los SLR en períodos de 15 días de
acuerdo con la distribución de E·I.
El cálculo del SLR se realiza mediante una función
de cuatro subfactores:
SLR = PLU·CC·SC·SR
donde,donde,
PLU, es el subfactor del uso principal del suelo.
CC, es el subfactor de la cubierta aérea.
SC, es el subfactor de la cubierta superficial.
SR, es el subfactor de la rugosidad superficial
Uso Principal del Suelo (Prior Land Use, PLU)
Este subfactor expresa:(1)la influencia en la erosión del suelo de los efectos delos residuos subsuperficiales de los cultivos previos y(2) el efecto de las prácticas de cultivo previas a laconsolidación del suelo. La relación es de la forma:
PLU = Cf·e-cBuPLU = Cf·e-cBu
donde,Cf, es el factor de consolidación de la superficie del sueloBu, masas de raíces vivas o muertas y residuosenterrados encontrados en 4 cm de suelo.C, es un coeficiente que representa la efectividad de lasraíces y los residuos enterrados respecto al control de laerosión.
Cubierta Aérea (Canopy cover, CC)
Este subfactor expresa el efecto de la cubierta aérea en la
reducción de la energía de lluvia en el impacto de la
superficie del suelo.
CC = 1-FC e -0,1 H
donde,
CC, es el subfactor de cubierta aérea
FC, es la fracción de cabida cubierta
H, es la altura de caída de las gotas de lluvia después de
intercepción (ft).
Los valores de FC y H se encuentran en la BD CROP.
Cubierta de Superficie (Surface Cover, SC)Este efecto se ha observado que varía en distintos estudios deinvestigación. En algunos se observa que una cubierta del 50 % reducelas pérdidas de suelo alrededor del 65 %., así como en otros unacubierta del 50 % las reduce al 95 %. Para ajustar esta variadaeficacia en la RUSLE, se usa la ecuación siguiente:
080240
,,
•
pSb •
==== c
pR
Sb
eSC
donde,b, es un coeficienteSp, es el porcentaje de suelo con superficie cubiertaRc, es la actual rugosidad superficial.
Este subfactor, SC, es el más sensible de los subfactores ydebe tratarse con cuidado para obtener SLR’s razonables
Rugosidad superficial (Surface Rognhness, SR)La rugosidad superficial del suelo afecta directamente a la erosión delsuelo e indirectamente a través de la protección que ofrece el residuoante el impacto de la gota de lluvia. En cualquier caso, es una funciónaleatoria de la rugosidad superficial, que está definida por la desviaciónestándar de las elevaciones superficiales cuando se producen cambiosen la pendiente del terreno o marcas no aleatorias en los cultivos.El valor de la rugosidad actual se utiliza para calcularse en períodos yestá definida por la ecuación siguiente:
(((( ))))2400260 ,, −−−−−−−−==== cReSR
donde,
SR, es el subfactor de la rugosidad superficial y Rc, es la rugosidad actual, siendo,...
(((( ))))240240 ,, −−−−++++==== nrc RDR
donde,
Dr, es un coeficiente de descomposición y Rn, esrugosidad neta después de una labor de campo.
Como se puede apreciar su cálculo requiere deauténticos especialistas, acostumbrados a determinarlos parámetros descritos.
Figura 21
Figura 22
Figura 23
Figura 24
Figura 25
Figura 26
Figura 27 Figura 28
Figura 29
Figura 30
Top Related