Sin título de diapositiva

Introducción a
a los procesos erosivos
Y su impacto en el ambiente
Mauricio Aguayo A.
Unidad de Planificación Territorial
Centro de Cs. Ambientales EULA-Chile
Universidad de Concepción
[email protected]
1. La erosión
La palabra erosión proviene del latín erodere que significa roer.
Desde la geología.
• Se relaciona al desgaste de la superficie debido a la acción de los
agentes erosivos.
• Las rocas sufren la acción de la temperatura y la humedad
provocando el desgaste mecánico o químico de la roca madre
(= formación de suelo).
Desde la agronomía.
• Consiste en una pérdida gradual del material que constituye el
suelo.
• Desprendimiento, transporte y la depositación de partículas
de suelo.
1
1. La erosión
• El transporte y depositación de partículas de suelo o sedimentos
son procesos naturales que han ocurrido a través de la historia y
han contribuido a dar forma a la superficie de la tierra.
• La erosión es un proceso geológico (natural) que moldea la
superficie de la tierra -Erosión Geológica-. Sin embargo, la
intervención del hombre han aumentado la velocidad de los
procesos erosivos -Erosión Acelerada-.
• Debido a ello, la erosión constituye –a nivel mundial- uno de los
problemas más importantes relacionados al uso de los recursos
naturales por las implicancias que tiene desde el punto de vista
económico y ambiental.
1. La erosión (geológica)
2
1. La erosión (geológica)
1. La erosión (geológica)
3
2. El problema de la erosión en el mundo
La tercera parte de las tierras cultivables en el mundo, se están erosionando a
una velocidad superior a la de su formación.
En algunos países, más de la mitad de su superficie se encuentra erosionada.
Entre ellos Nepal (95%), Turquía (95%), Perú (95%), Madagascar (79%) y Etiopía
(53%).
Las tasas de erosión han
aumentado de tal manera que en el
mundo se pierde el 7% de tierras
arables en cada decenio.
2. Cambios de uso del suelo: Un Gran desafío para las ciencias ambientales
La magnitud, el alcance y la velocidad de las alteraciones antropogénicas sobre la
superficie de la tierra no tienen precedentes en la historia de la humanidad (Lambin et al.,
1999; NRC, 2001).
4
2. Cambios de uso del suelo: Un Gran desafío para las ciencias ambientales
Alrededor de la mitad de la superficie de la tierra ha sido directamente trasformada por la
acción humana (Vitousek et al., 1997).
2. Cambios de uso del suelo: Un Gran desafío para las ciencias ambientales
En efecto, estos cambios han sido tan dramáticos que se acercan a los niveles de
transformación que ocurrieron durante los períodos glaciales (NRC, 2001).
5
2. El problema de la erosión en el mundo
2. El problema de la erosión en el mundo
6
3. El problema de la erosión en Chile
De los 75 millones de hectáreas de superficie territorial 34.490.778
ha (46 %) sufren algún grado de erosión.
La superficie de tierras arables es de 5 millones. Se estima que
disminuirá de 0,38 ha en 1995 a 0,26 por habitante para el año
2035.
Esta disminución se debería principalmente al efecto combinado
del crecimiento de la población, los procesos degradativos y las
pérdidas de suelo por expansión urbana (las que anualmente
consumen unas 1200 ha) y otros usos del suelo. En la actualidad la
superficie urbanizada en el país alcanza a las 180.000 ha.
3. El problema de la erosión en Chile
(1) Erosión muy grave:
cárcavas profundas, restos
mínimos de suelo, sólo
presencia de subsuelo.
(2) Erosión grave: acción
activa de erosión de manto y
cárcavas; vegetación seriamente
afectada.
(3) Erosión moderada: signos
de erosión de manto y de
surcos; pedestales de erosión
visibles.
Muy grave
Grave
Moderada
Leve
(4) Erosión leve: signos ligeros
de
erosión
de
manto;
deficiencia en el desarrollo de
las plantas.
Fuente:
Instituto
de
Investigación de Recursos
Naturales, IREN. Fragilidad de
Los Ecosistemas Naturales de
Chile. 1979.
7
3. El problema de la erosión en Chile
DISTRIBUCIÓN DE LA SUPERFICIE POR REGIÓN
SEGÚN NIVEL DE EROSIÓN (Hectáreas )*
TIPO DE EROSION
REGION
MUY GRAVE
(1)
GRAVE
(2)
MODERADA
(3)
LEVE
(4)
TOTAL
REGIONAL
38,750
1.027,375
1.116,075
356.768
2.538,968
-
1.435,200
1.120,135
126,250
2.681,585
1.056,250
152,250
809,250
630,375
2.648,125
IV de Coquimbo
-
654,260
1.425.690
1.370,610
3.459,560
V de Valparaíso
51,100
231,795
146,825
463,950
893,670
VI del Libertador General
Bernardo O’Higgins
198,377
544,429
210,624
19,918
973,348
VII del Maule
152,409
662,371
686,598
36,645
1.538,023
VIII del Bío-Bío
175,680
818,494
1.167,531
200,442
2.362,147
IX de La Araucanía
65,841
809,396
1.533,320
69,537
2.478,094
X de Los Lagos
401,964
593,373
1.655,914
2.194,865
4.846,116
XI Aysén del General
Carlos Ibáñez del Campo
145,250
909,875
2.179,500
1.389,875
4.624,500
I de Tarapacá
II de Antofagasta
III de Atacama
XII Magallanes y de la
Antártica Chilena
Región Metropolitana de
Santiago
TOTAL NACIONAL
-
900,000
3.463,500
524,250
4.887,775
95,225
387,790
58,752
17,100
558,867
2.380,846
9.126,608
15.573,714
7.409,585
34.490,778
3. Tipos de erosión.
Criterio
Tipo de erosión
Agente erosivo:
Agua
Viento
Nieve
Hielo
Gravedad
Fauna y vegetación
Erosión hídrica
Erosión eólica
Erosión por fusión de la nieve
Erosión glaciar
Movimiento en masa
Erosión biológica
Forma:
Por impacto de gota
Por flujo laminar
Por flujo concentrado
Por flujo superficial
Por viento
Erosión hídrica por salpicadura
Erosión hídrica laminar
Erosión hídrica por microcauces
Erosión hídrica por cárcavas
Erosión hídrica por barrancos
Erosión hídrica subsuperficial
Erosión eólica
Intensidad
Erosión natural
Erosión acelerada
A escala mundial tiene importancia la erosión hídrica y eólica.
8
4. Erosividad y Erodabilidad
Erosividad: Capacidad potencial del agente “erosivo” para
provocar erosión.
Erodabilidad: Susceptibilidad de un suelo a la erosión,
debido a las fuerzas generadas por los agentes erosivos que
actúan sobre él.
4.1 Factores que controlan los procesos erosivos
Erosividad
Energía agua:
Intensidad y frecuencia de las precipitaciones
Energía viento:
Velocidad del viento
Gravedad:
Peso del material forzante
Erodabilidad
Morfología del terreno:
Forma de la ladera
Inclinación o Pendiente
Longitud de la pendiente
Exposición
Caracteristicas litológicas:
Tipo de roca
Velocidad y tipo de meteorización
Propiedades edafológicas:
Estructura del suelo
Velocidad de infiltración
Composición química del suelo
Composición mineralógica
Cobertura del suelo:
Tipo de cobertura
Rugosidad
Permeabilidad
Usos del suelo:
Tipo y técnicas de cultivo
Intensidad de la explotación
Características de la urbanización
9
EROSION
5 Proceso de erosión hídrica.
Requisitos:
• Formación de elementos
susceptibles
se
ser
transportados por el agua.
• Transporte
de
dichos
elementos.
• Depositación
Cada gota que cae, posee una energía
que es función de su masa y velocidad.
Esta energía le imprime un
determinado poder de erosividad
EROSION
5 Proceso de erosión hídrica.
Dentro de los procesos de la erosión fluvial se distinguen (Meyer y
Wischmeier, 1969) :
DESPRENDIMIENTO
•Por impacto de las
gotas de lluvia
•Por escorrentía
superficial
EROSIÓN
HÍDRICA
TRANSPORTE
•Principalmente por
escorrentía superficial
•En menor media por la
ECINÉTICA de las gotas
DEPOSITACIÓN
•Por decaimiento en la
capacidad de transporte
Fuente: Romero (2003)
10
PROCESOS DE EROSIÓN HÍDRICA
5.1 Tipos de erosión hídrica.
Erosión por salpicadura: Se debe al impacto de la gota de lluvia
sobre los agregados inestables de un suelo desnudo. Sellan el suelo
disminuyendo la infiltración y pueden generar pedestales.
A
150 cm
A
50 cm
PROCESOS DE EROSIÓN HÍDRICA
5.1 Tipos de erosión hídrica.
Erosión laminar: consiste en la pérdida de una capa más o menos
uniforme de suelo en terrenos inclinados, afectando las partículas
liberadas por salpicadura.
Es el tipo de erosión más grave y menos evidente. La cantidad
de material es tan pequeña que es imposible detectarla en su
inicio.
Destruye la capa productivo del suelo
11
5.1 Tipos de erosión hídrica.
Erosión en microcauces, cárcavas y barrancos: Representan
tres grados de desarrollo de un mismo proceso. Consisten en la
formación de canales debido al flujo concentrado del agua
(escorrentía). Estos canales son de rápido crecimiento pasando a
conformar cárcavas y barrancos
V
La longitud de la ladera y la pendiente aumentan el efecto de este tipo de erosión
5.1 Tipos de erosión hídrica.
microcauces, cárcavas y
barrancos se producen movimientos
en masa de sus paredes. Si en las
paredes hay arcillas expansibles los
procesos de expansión-retracción
hacen que el material se fragmente y la
erosión se acelere.
En
12
5.1 Tipos de erosión hídrica.
Erosión por flujo subsuperficial: La existencia de galerías en el
suelo puede favorecer la circulación subterránea del agua y el
progresivo arrastre de partículas. Los suelos arcillosos expansibles
(vertisoles) se ven especialmente afectados.
5.2 Factores Hidrológicos
a) Precipitación:
•
Intensidad: Cantidad de agua caída por unidad de superficie
y de tiempo.
•
Característica de la gota de lluvia: el tamaño de las gotas
afecta la erosividad de la lluvia ya que junto con la velocidad
de caída determina la energía cinética.
•
Energía cinética:
E
m V 2
2
13
5.2 Factores Hidrológicos
b) Infiltración:
Proceso de entrada, generalmente vertical, del agua en el suelo.
Los infiltración depende:
•Características de la lluvia (intensidad, tamaño y energía cinética)
•Características del suelo (contenido inicial de humedad, estructura,
textura, cubierta vegetal)
•Características del agua (partículas en suspensión)
Cuando la capacidad de infiltración es superada se produce escorrentía y
arrastres de sedimentos.
5.2 Factores Hidrológicos
c) Escorrentía:
Es la parte de las precipitaciones de un área que aparece en los cursos de
agua superficial.
Se origina cuando la intensidad de la lluvia supera la velocidad de
infiltración generandose un exceso de agua.
Sin flujo
Flujo laminar
Flujo concentrado
Zona de depositación
14
5.2 Factores Hidrológicos
c) Escorrentía:
Sin flujo
Flujo laminar
Flujo concentrado
Zona de depositación
• En la divisoria, las partículas se ven afectadas por el impacto de las gotas: No
existen mayores desplazamientos.
• Al ser superada la capacidad de infiltración el excedente se desplaza en flujo
laminar.
• Al aumentar la cantidad de agua el flujo se concentra dando lugar a canales.
• En la parte basa de la ladera supone una zona de depósito.
6 Evaluación de la Erosión
Las técnicas de medida y modelos de evaluación de las
pérdidas de suelo deben considerar los factores que controlan
el proceso erosivo:
•
Factores de energía; de los que depende la capacidad erosiva o
erosividad de la lluvia.
•
Factores de resistencia, que dependen de las características del suelo y
definen su erodabilidad.
•
Factores de protección, determinado por la cobertura y uso del suelo.
15
6 Evaluación de la Erosión
Principalmente paramétricos o
basados en ecuaciones de regresión
Modelos empíricos
Ampliamente utilizados
Modelos de
simulación de
procesos físicos
Los distintos procesos físicos son
formulados y analizados
separadamente
Consideran el desprendimiento, el
transporte y la eventual depositación
de las partículas
Fuente: Romero (2003)
6 Evaluación de la Erosión
Modelos de Evaluación de Pérdida de Erosión
• Modelos Paramétricos:
•
USLE (Ecuación Universal de Pérdida de Suelos)
•
RUSLE (Revised Universal Soil Less Equation)
• Modelos Analíticos
•
Meyer y Wischmeier (1962): Ecuación de continuidad o de conservación
de masa del sedimento)
•
Foster y Meyer (1975)
•
Rose (GUESS) (1983): Saint-Venant
•
EUROSEM (Modelo Europeo de Erosión del Suelo)
• Modelos de Solución Númerica:
•
Woolhiser y Smith (KINEROS) (1990)
16
Evaluación de Erosión
6.1 Modelo USLE (Universal Soil Less Equation)
La Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE)
•
Es el modelo, paramétrico, más usado para predecir la pérdida de
suelo.
•
Corresponde a una formulación empírica que permite cuantificar la
pérdida anual de suelo producida por erosión laminar y microcauce.
•
La ecuación se basa en el análisis estadísticos de 10.000 datos
experimentales de parcelas de escorrentía ubicadas en suelo de 23
estados de EEUU.
•
Las parcelas experimentales rectangulares con un largo de 72,6 pies
y una pendiente uniforme de 9%.
•
Las parcelas estaban sometidas a condiciones especificas de
barbecho (suelo desnudo) y otro tipo de cultivos.
Evaluación de Erosión
6.1 Modelo USLE (Universal Soil Less Equation)
Esta ecuación permite la evaluación de las pérdidas (brutas) de suelo
por erosión laminar mediante la siguiente expresión:
A = R * K * LS * C * P
Donde,
A: pérdida de suelo por unidad de área y tiempo [ton/há/año]
R: factor erosividad de la lluvia [MJ*mm/há*h*año]
K: factor erodabilidad del suelo [ton*h/MJ*mm]
LS: factor topográfico de terreno [-]
C: factor cobertura vegetal [-]
P: factor prácticas de control erosivo [-]
17
Evaluación de Erosión
6.1 Modelo USLE (Universal Soil Less Equation)
¿Qué describe esta parte de la ecuación?
A = R * K * LS
Donde,
A: pérdida de suelo por unidad de área y tiempo [ton/há/año]
R: factor erosividad de la lluvia [MJ*mm/há*h*año]
K: factor erodabilidad del suelo [ton*h/MJ*mm]
LS: factor topográfico de terreno [-]
Evaluación de Erosión
6.1 Modelo USLE (Universal Soil Less Equation)
Limitaciones de la USLE.
•
No aplicable a zonas áridas
•
Sólo erosión laminar y microcauces
•
Tamaño de partículas menores a 1 mm
•
Estima suelo desprendido desde una cuenca o parcela, aun cuando
se sabe que ocurren procesos de depositación y resuspención.
Por lo tanto el sedimento exportado a la salida de una cuenca es
menor
18
Evaluación de Erosión
6.2 Algunas aplicaciones en la Región
El uso de los SIG para modelar la erosión hídrica un caso de
estudio: variación espacio-temporal de la erosión en la cuenca de la
laguna chica de San Pedro. (RUSLE)
Rafaela Retamal (2002)
Evaluación de Erosión
6.2 Algunas aplicaciones en la Región
El uso de los SIG para modelar la erosión hídrica un caso de
estudio: variación espacio-temporal de la erosión en la cuenca de la
laguna chica de San Pedro. (RUSLE)
Rafaela Retamal (2002)
Tasas históricas de erosión a nivel de cuenca
(1943-1994)
Año
1981
1961
1943
0
10
20
30
40
50
Erosión [ton/ha.año]
19
Evaluación de Erosión
6.2 Algunas aplicaciones en la Región
Modelo de erosión para la cuenca del estero Quilmo basado en un
Sistema de Información Geográfica (SIG). (Modelo EUROSEM)
Francisco Romero (2003)
•
•
•
Modelo físicamente basado, que estima la erosión a escala de
pequeñas cuencas
La modelación temporal se realiza en base a eventos de
precipitación
Los procesos considerados en la generación de la erosión son:
• Desprendimiento de suelo por impacto de las gotas de
lluvia
• Desprendimiento de suelo por escorrentía superficial
• Capacidad de transporte del flujo
Evaluación de Erosión
6.2 Algunas aplicaciones en la Región
Modelo de erosión para la cuenca del estero Quilmo basado en un
Sistema de Información Geográfica (SIG). (Modelo EUROSEM)
Francisco Romero (2003)
20
Evaluación de Erosión
6.2 Algunas aplicaciones en la Región
Modelo de erosión para la cuenca del estero Quilmo basado en un
Sistema de Información Geográfica (SIG). (Modelo EUROSEM)
Francisco Romero (2003)
Hidrogram a vs Sedim entogram a - Estación Lluanco
12.0
180
C Observado
10.0
SStotales
150
120
6.0
90
4.0
60
2.0
30
0.0
02-Oct-02 04-Oct-02 06-Oct-02 08-Oct-02 10-Oct-02 12-Oct-02 14-Oct-02 16-Oct-02 18-Oct-02
0
Concentración (mg/l)
Caudal (m 3/s)
C Modelada
8.0
6.2 Algunas aplicaciones en la Región
Flowchart for RUSLE application
Information Source
DGA-DMC-EULA
Data Base
Parameter
Factor
Pluviometric
data
R
Texture soil
data
K
USGS – Radar Shuttle
Topographic Mission
Elevation
Model 90 m
LS
USGS MODIS Imagen
Landuse &
NDVI 16-day
C
CIREN Data Base
Annual Loss soil
& Erosion Risk Map
21
6.2 Algunas aplicaciones en la Región
Mapa de erosividad de la lluvia
para la cuenca del Río Biobío
H. Alcayaga, 2006
6.2 Algunas aplicaciones en la Región
Soil erodability Factor (K Factor)
Romkens et al. (1986) made an analysis
on 225 soil types and computed the values
of K, where obtained the next equation:
2




 log( Dg )  1.659   
K  7.594  0.0034  0.0405  exp  0.5  
 
0
.
7101

  




n


Dg  exp  0.01   f i  ln( mi ) 
i 1


H. Alcayaga, 2006
22
6.2 Algunas aplicaciones en la Región
Topographic Factor (LS)
LS factor calculated in function of DEM,
Flowaccumulation (specific contributing
area), 2D slope and slope aspect
(Desmedt and Govers 1996)
m
 flowaccumu lation   sin(  ) 
  
LS  (m  1)  

 22.12  [sin( )  cos( )]   0.0896 
n
H. Alcayaga, 2006
6.2 Algunas aplicaciones en la Región
Cover Management Factor (C – Factor)
Cover factor based in NDVI – MODIS Image
H. Alcayaga, 2006
23
6.2 Algunas aplicaciones en la Región
PREDICCION DE EROSION
H. Alcayaga, 2006
7. Problemas de erosión en la Región
Erosión por uso del suelo
24
7. Problemas de erosión en la Región
Erosión por uso del suelo
7. Problemas de erosión en la Región
Erosión de taludes
25
7 El problema de la erosión en la Región
7 El problema de la erosión en la Región
26
7 El problema de la erosión en la Región
7 El problema de la erosión en la Región
27
7 El problema de la erosión en la Región
Estadística del índice de riesgo de erosión actual (2010)
BAJO O NULA MODERADA SEVERA MUY SEVARA OTRAS CATEGORIAS TOTAL
Hectáreas
Porcentaje (%)
1.283.601
1.757.858
281.407
135.237
255.234
3.713.337
35
47
8
4
7
100
8. Medidas de control de la erosión
Cultivo en contorno y zanjas de infiltración
28
MEDIDAS DE CONTROL DE LA EROSIÓN
8. Medidas de control de la erosión
Cultivo en fajas alternadas
MEDIDAS DE CONTROL DE LA EROSIÓN
8. Medidas de control de la erosión
Cultivos en Terrazas
29
MEDIDAS DE CONTROL DE LA EROSIÓN
8. Medidas de control de la erosión
Protección de taludes
MEDIDAS DE CONTROL DE LA EROSIÓN
8. Medidas de control de la erosión
Protección de taludes
30