agua en la región S

INSTITUTO NACIONAL DE ECOLOGÍA
DIRECCIÓN DE ECONOMÍA AMBIENTAL
PROYECTO
Asesoría sobre consideraciones geohidrológicas
de la relación bosques − agua en la región Sierra Gorda
INFORME FINAL
Coordinador del Proyecto
Thomas Hergt
Colaboradores
J Joel Carrillo-Rivera
Luis Miguel Morales-Manilla
Gabriela Angeles-Serrano
Antalia González-Abraham
Laura Rosales-Lagarde
México DF, 13 de diciembre del 2002
“Lo vertido en el documento no representa la postura institucional frente al tema”
1
ÍNDICE
ÍNDICE _________________________________________________1
LISTA DE FIGURAS_______________________________________2
INTRODUCCIÓN _________________________________________3
MARCO DE REFERENCIA _________________________________4
DISCUSIÓN DE ARTÍCULOS DE RELEVANCIA _______________12
CONCLUSIONES ________________________________________38
Interacción lluvia-escorrentía __________________________________ 38
Influencia de cobertura vegetal en la lluvia-escorrentía _____________ 38
Aporte de agua subterránea al flujo base de ríos __________________ 39
La cuenca como límite hidrológico y su conexión hidráulica subterránea
___________________________________________________________ 39
Interacción vegetación-suelo-atmósfera en procesos hidrológicos ___ 40
Incidencia económica _________________________________________ 41
El agua subterránea y los procesos hidrológicos superficiales_______ 42
A forma de recomendación ____________________________________ 42
SIERRA GORDA, QUERÉTARO ____________________________44
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA*____________________________53
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.- Definición de sistemas de flujo de agua subterránea; d es la profundidad (de los
pozos) a la que usualmente se hacen los balances, e es la denominada cuenca del balance
(tomado de Tóth, 19622). ___________________________________________________ 9
Figura 2.- Características físicas, químicas y biológicas de los sistemas de flujo (tomado
de Tóth, 2000). __________________________________________________________ 10
ANEXOS
Anexo 1.
Anexo 2.
Mapas, Sierra Gorda Querétaro
Copia de artículos relevantes
2
INTRODUCCIÓN
Cualquier programa de desarrollo sustentable en regiones semiáridas requiere del
conocimiento de los sistemas de flujo de agua subterránea. Al definir los sistemas
de flujo queda involucrado un entendimiento sobre:
i) lo asequible del agua subterránea, y
ii) la dependencia que existe entre el agua subterránea y el ambiente.
El entender como fluye el agua subterránea en el medio (geológico) es un prerequisito en estudios sobre ingeniería, demografía, ecología, agricultura, entre
otros. Una respuesta de “la solución” a “un problema” de agua subterránea sin la
definición apropiada de los sistemas de flujo que gobiernan su movimiento en tres
dimensiones imposibilita tener un adecuado marco de referencia para establecer
la pregunta sobre la que se busca respuesta.
Muchos intentos se han hecho en las últimas décadas para definir y medir las
diferentes componentes del ciclo hidrológico, el cual se considera como un
sistema amplio y dinámico con límites y controles bien definidos. Sin embargo, la
mayor parte de las metodologías de evaluación de información sobre las
componentes de dicho ciclo ha sido definidas normalmente para áreas húmedas y
templadas. A través de los años se ha considerado que esa metodología es
aplicable bajo condiciones semiáridas. Sin embargo, aunque en principio esas
metodologías sean equivalentes, el régimen hidrológico en zonas áridas difiere
inmensamente del presente en zonas húmedas (Van Lanen y Carrillo-Rivera
1996). La necesidad de agua de los seres vivos que habitan en esas zonas, así
como el agua asequible y condiciones climáticas son diferentes y contrastantes.
Más aun, la diferencia existente es más notable desde la perspectiva del
funcionamiento del recurso agua. Por ejemplo, comúnmente en las zonas
semiáridas el 90% de la lluvia promedio anual se precipita durante menos del 10%
de la estación de lluvias y su distribución espacial no es uniforme; caso contrario a
lo que ocurre comúnmente en zonas húmedas. Es evidente que ese
comportamiento de la lluvia infiere cambios notables en otros componentes del
ciclo hidrológico.
La mayor parte de los estudios de agua subterránea que se realizan en México
consideran que el agua fluye en forma horizontal y puede ser ésta descrita por
medio del denominado balance hídrico. Normalmente la información hidrológica se
usa para describir un sistema estático en un medio geológico que se considera
equivalente a un medio granular con propiedades (porosidad y conductividad
hidráulica) que son similares en todas direcciones, equivalencia que rara vez se
presenta en el medio natural. Sin embargo, este esquema no incorpora
estrictamente la relación existente entre agua superficial y subterránea y considera
válidos los modelos de manejo de información sobre transpiración. En esa
metodología la química del agua sólo es usada para definir su calidad, no como un
elemento indicador de la memoria del sistema.
3
Comparativamente, en un sistema hidrológico dinámico se definen las
componentes del flujo (zonas de recarga, tránsito y descarga), así como su
posición relativa (flujos locales, intermedios y regionales). Flujos que se reconocen
en su ambiente hidrogeológico particular (fracturado, granular o doble porosidad) y
la difracción que en aquel producen. Un aspecto fundamental es que en este
campo se considera el movimiento vertical del agua subterránea e incorporan
aspectos químicos y bióticos del medio. En acuíferos como los que existen en
México, con espesores de más de 1,000 metros, la componente vertical controla el
movimiento del agua subterránea, control que marca una respuesta particular en
las zonas de extracción por pozos y de flujo intra-cuencas superficiales.
La mayor parte de la literatura sobre agua subterránea y ambiente en su sentido
amplio trata sobre aspectos tecnológicos para reducir la contaminación del suelo y
subsuelo así como para realizar acciones para remediar el agua subterránea y
acuífero cuando han sido contaminados; también describen los efectos de la
consolidación del suelo y discuten aspectos inherentes a la recarga. Sin embargo,
una identificación de la relación entre agua subterránea y otras componentes del
ambiente no se establece con claridad, definiendo el problema y discutiendo
soluciones viables.
En este trabajo, los principales objetivos son definir en la literatura asequible cómo
se ha abordado la dinámica de una componente del ambiente, el bosque,
determinando qué relación existe entre éste con las diferentes componentes del
ciclo hidrológico, y en la medida de lo posible aplicar lo encontrado a Sierra Gorda
Querétaro. El interés radica en aspectos descriptivos (cuantitativos y cualitativos)
de los cambios por alteración en la cubierta forestal y cómo se reflejan en la
escorrentía, en la recarga al agua subterránea, en el cambio a la calidad del agua
de escorrentía. Es evidente que los cambios se deben evaluar en relación con el
movimiento vertical de agua subterránea (hacia abajo, recarga o hacia arriba,
descarga).
MARCO DE REFERENCIA
Definiciones básicas.- En términos amplios el agua subterránea es aquella que
se encuentra debajo de la superficie del suelo, incluye el agua que va de paso del
suelo hacia el manto freático y aquella que se encuentra por debajo de éste. Las
zonas donde esas aguas se encuentran se conocen como vadosa (no saturada) y
saturada, respectivamente.
Se considera pertinente apuntar que dentro del marco del planeta Tierra el agua
total presente está repartida de acuerdo con lo siguiente:
94% salada
4% subterránea
2% nieves perennes
4
<0.01% ríos, lagos, atmósfera, suelo, biósfera
De acuerdo con la relación anterior el agua subterránea es el recurso más vasto
como fuente de agua para los diversos usos de la humanidad. El agua dulce
puede considerarse dentro de las siguientes cantidades, excluyendo a las nieves
perennes:
99.0% subterránea
0.1% ríos, lagos, atmósfera, suelo, biósfera
Desde el punto de vista de uso del recurso agua (referido específicamente al agua
dulce) es importante notar que en el ámbito mundial la cantidad de agua usada por
los diferentes sectores se estima en lo siguiente:
4% uso industrial
13% abasto a poblaciones
83% uso para agricultura
Estos porcentajes son contrastantes con los usados en México. La agricultura en
este país (Programa Hidráulico 1995-2000, p24) usa 2,093 m3/s de agua
superficial y 599 m3/s de subterránea. Desde una perspectiva comparativa en
México (UTM, 1993) el agua superficial se usa de acuerdo con lo siguiente:
90.3% uso agrícola
3.5% uso urbano
6.2% uso industrial
El caudal total de agua subterránea usado es de 951 m3/s el cual se distribuye en:
63% uso agrícola
24% uso urbano
3% uso industrial.
De acuerdo con el último Inventario Nacional Forestal (Palacio et al., 20001), los
bosques en México cubren un área de 32,850,691 ha, lo que implica un 16.92%
del territorio nacional.
1
Palacio J. L., Bocco G., Velázquez A., Mas J-F., Takaki-Takaki F, Victoria A., Luna-González L., Gómez-Rodríguez G.,
López-García J., Palma M., Trejo-Vázquez I., Peralta A., Prado-Molina J., Rodríguez-Aguilar A., MayorgaSaucedo R., González F. 2000. La Condición Actual de los Recursos Forestales en México: resultados del
Inventario Nacional Forestal. Investigaciones Geográficas, Boletín del Instituto de Geografía. UNAM.Núm. 43 183203.
5
Balance Hídrico.- Los elementos de estudio que se consideran en un balance
hídrico se relacionan básicamente en la ecuación que en su forma más básica se
representa como:
P = Es + Ev + Trans + Rec
ecuación donde:
P, Precipitación
Es, Escorrentía
Ev, Evaporación
Trans, Transpiración
Rec, Recarga al agua subterránea
Es de notar que para la caracterización confiable de estos parámetros se
requiere de estudios de campo con toma de datos a mediano y largo plazos.
Debido al tipo de datos colectados los resultados se deberán interpretar bajo un
entendimiento del funcionamiento integral hidrológico involucrado. Esto es, se
deberán tomar las limitantes de cuantificación en cada caso que incluyen desde su
variación en tiempo y en espacio, así como los efectos involucrados por el marco
geológico, biológico y climático particulares. A continuación se indican brevemente
limitantes a considerar durante la evaluación de las variables de la ecuación.
Precipitación.- Es la cantidad de lluvia que acaece en una zona en un lapso dado.
Es muy común que se tengan datos históricos sobre este parámetro en el servicio
meteorológico, usualmente el registro es de lluvia total diaria, la información sobre
su evolución con el tiempo para una tormenta dada está restringida a pocas
estaciones. Sin embargo, en las condiciones áridas y semi-áridas de México es
necesario saber el significado de la lluvia en tiempo y espacio. La cantidad de
lluvia a medir en una zona determinada para un lapso dado (sin considerar la
intercepción) dependerá de la densidad y localización de las estaciones, del tipo
de estación (pluviógrafo o pluviómetro), cambio climático y procesos de
urbanización alrededor de la estación. A las limitantes por el tipo de datos
colectados en campo se debe agregar otros aspectos conceptuales que tienen
que ver con el manejo de datos e interpretación de resultados. Un error común es
recurrir al uso de polígonos de Thiessen, aún cuando los datos de la estación
arrojan una relación directa entre precipitación y elevación del terreno.
Escorrentía.- La determinación de la cantidad de agua que escurre por unidad de
tiempo en una sección dada de un cauce representa ciertos problemas de tipo
logístico, los cuales no son infranqueables. Así se debe encontrar el sitio idóneo
para la construcción de la estación, ya sea fija o móvil. La limitación básica del
caso lo es la densidad y tipo de estaciones a usar. Respecto al manejo de los
datos, se tienen variables importantes a incorporar en el análisis de la información
medida en campo dentro de las cuales resalta el identificar el efecto del cambio de
cobertura del suelo que haya tenido lugar, y la separación de las diferentes
componentes del flujo base. Para que esto último sea resuelto adecuadamente
6
será necesario tener conocimiento de cómo funciona el sistema hidrológico de la
zona, lo que implica conocer si el flujo base cuantificado está influenciado por
algún aporte importante de agua de fuera de la cuenca considerada. En el caso
que se tenga aporte de fuera de la cuenca y que este no sea identificado parecerá
que existe más infiltración de la que realmente se tendría, lo que repercutiría en
una serie de conclusiones, por demás erróneas.
Evaporación y transpiración.- Normalmente estos términos de la ecuación de
balance se incorporan en uno sólo denominado evapotranspiración y es la suma
del caudal de agua usado por la capa vegetal para cubrir sus necesidades de
crecimiento y fisiológicas más el caudal evaporado del suelo adyacente. Fuera de
las determinaciones directas por medio de aparatos que miden el consumo
individual de agua de una planta o de aquel por medio de lisímetros, los métodos
para su determinación tienen problemas serios desde el punto de vista tecnológico
así como conceptuales de manejo de datos e interpretación de resultados.
Usualmente se manejan fórmulas desarrolladas por físicos y climatólogos, mas no
por hidrólogos, las cuales incorporan balances de energía o son de tipo empírico.
En casos han sido desarrolladas para zonas en condiciones climáticas diferentes a
las de la República Mexicana. En ningún caso se describe el proceso o representa
el modelo físico involucrado. La evapotranspiración depende del clima, tipo de
suelo, presión de vapor, velocidad del viento, temperatura, latitud, tiempo de
insolación, edad y composición de especies vegetales, precipitación, profundidad
al nivel freático, limitaciones por el cambio de escala, entre los más significativos.
Los modelos hidrológicos usualmente manejan esta información en forma
mensual. Esta debilidad se hace notoria en cualquier ecuación de las que se han
planteado. Por lo que aceptar como representativo a este factor en un balance
resulta contradictorio y erróneo. Lo primero es debido a que normalmente no se
mide directamente en laguna de las partes de la zona, de donde el valor obtenido
pueda ser extrapolado al resto de la zona de estudio; y la segunda tiene que ver
con que no se describe el proceso involucrado. Por ejemplo, normalmente los
métodos carecen de alguna consideración que incluya la pérdida de agua a la
atmósfera por diferente tipo de vegetación, tampoco incorporan su grado de
crecimiento, follaje y densidad de la población de determinada especie, siendo que
la cantidad de agua que en cada caso se envía a la atmósfera será diferente. Es
importante manifestar las limitaciones (aunque la formulación fuera correcta) de
aplicar el método a forma de balance mensual. Esto es por demás de gran
significado pues al aplicar, por ejemplo, cualquier método en un lugar donde se
tiene una precipitación total mensual de digamos, 150 mm, la evapotranspiración
no será la misma si caen una lluvia de 5 mm/día durante todos los días del mes,
que si caen 150 mm en un par de días y no llueve el resto del mes. Sin embargo,
de acuerdo con las fórmulas existentes la cantidad de agua que se le resta a la
lamina de lluvia, en ambos casos, será la misma. Es claro que físicamente ese
cálculo no representa las condiciones de campo. Este aspecto se torna más
complicado cuando se conoce que al menos la mitad de las variables propuestas
en la ecuación de balance no se determinan en campo y sólo se estiman con una
gran incertidumbre.
7
Recarga al agua subterránea.- En el sentido estricto la determinación de la
recarga al agua subterránea, implica conocer cuánta agua de lluvia llega al nivel
freático en un acuífero dado y entender los procesos que permiten el paso de
agua correspondiente. Es de recordar que la entrada del agua de lluvia es
resultado de una serie de procesos desde la infiltración directa de la lluvia en el
suelo pasando por su movimiento a través de la zona no saturada y su llegada
finalmente al nivel freático. En zonas áridas la filtración del agua también puede
darse en el cauce de los ríos y otros cuerpos de agua asociados. Existe una serie
de metodologías para definir componentes de los diferentes procesos de recarga
involucrados (respuestas isotópica, hidrogeoquímica, hidráulica, biológica) así
como las bases de y controles de tales procesos (geológicas, topográficas,
climáticas). En suma, la definición del caudal de recarga y más aún el sitio donde
esta acaece y los procesos de control involucrados son de gran complejidad y su
definición requiere de amplias investigaciones que son necesarias para poder
definir su importancia. Importancia que desde la perspectiva de los sistemas de
flujo tiene que ver no sólo con cuanto se recarga sino también hacia donde se
mueve esa recarga, esto es la pregunta se establece si el agua recargada forma
parte de un sistema de flujo local, intermedio o regional.
Flujo subterráneo.- La presencia de agua subterránea requiere ser evaluada en el
sentido de su cantidad y calidad, esto desde la perspectiva de su movimiento en el
espacio geológico. La primera es relativamente fácil definir si se cuenta con datos
de el espesor total involucrado y la porosidad involucrada, mas es de apuntar eso
no es el principal reto, el desafío es conocer su movimiento lo que implica definir
sus zonas de recarga, tránsito y descarga. Información de pozos de extracción, y
estudios de apoyo pueden aportar datos comúnmente asequibles para calcular la
velocidad de movimiento del agua subterránea, la cual es directamente
proporcional al gradiente hidráulico, la conductividad hidráulica y el área de flujo
involucrada, e inversamente proporcional a la porosidad efectiva.
En resumen, la definición de los parámetros hidrológicos requiere de cuidado
particular y de un entendimiento del sistema de flujo presente. La precipitación y
escorrentía son, comparativamente, los parámetros menos difíciles de medir. La
evapotranspiración y la recarga al agua subterránea son variables cuya
determinación ha representado elementos franqueables hasta cierta medida,
dependiendo del tamaño y características de la zona analizada. La primera puede
medirse a través de aparatos relativamente costosos, mientras que la segunda
requiere de entender el funcionamiento del sistema de flujo del subsuelo. En este
sentido el flujo subterráneo presenta opciones viables de su cuantificación y
definición correspondiente de sus partes. En general publicaciones consultadas
sobre la caracterización de la precipitación, escorrentía y evapotranspiración para
una zona dada, indican que su conocimiento es resultado de estudios piloto de 3,
5 y hasta 30 años de duración. Muy pocos trabajos consultados aunque
consideran la importancia de la recarga al agua subterránea, mas no involucran
cálculos sobre su presencia o ausencia en el área de estudio, menos consideran
cómo su funcionamiento altera los resultados planteados.
8
Manifestación indirecta de parámetros hidrológicos.- El movimiento del agua
subterránea ofrece evidencia de su movimiento en lugares más propensos para su
más rápido desplazamiento y que son identificados por ejemplo por la presencia
de estructuras geológicas o litológicas de características particulares. El agua
subterránea se encuentra en el subsuelo donde es alumbrada por pozos o norias,
sin embargo, existe una serie de evidencias superficiales de su presencia
inmediata como lo son los suelos salinos, plantas freatofitas, manantiales, ríos y
cuerpos de agua perennes que se describen con mayor detalle en el apartado
siguiente.
Elementos de sistemas de flujo de agua subterránea.- Si se detiene el flujo de
agua subterránea un instante, se podrá estimar la trayectoria de su movimiento de
zonas de mayor potencial a zonas de menor. Esto se puede apreciar más
fácilmente en el plano horizontal ya que quedaría representado por la elevación de
la superficie freática; en particular, si el agua tiene la misma temperatura y
salinidad. Su traza en el espacio sería similar a una superficie topográfica. En el
caso del movimiento vertical, se tendría una situación análoga con la presión del
agua observada a profundidad. En ambos casos el movimiento del agua resulta en
la definición de áreas de recarga y descarga, para el caso del movimiento vertical
ver la Figura 1. Existen tres principales sistemas de flujo de agua subterránea que
se establecerán dentro de una topografía y marco geológico presente: local,
intermedio y regional (Tóth, 19622).
Figura 1.- Definición de sistemas de flujo de agua subterránea; d es la profundidad
(de los pozos) a la que usualmente se hacen los balances, e es la
denominada cuenca del balance (tomado de Tóth, 19622).
Una topografía abrupta (Figura 1) producirá varios sistemas locales, en una
elevación topográfica el agua puede entrar (recarga) y salir (descarga) en el
mismo valle. En algunos casos parte del agua de recarga podrá descargar en otro
valle localizado a un nivel topográfico menor, este caso definirá un sistema
intermedio. Los sistemas regionales se desarrollan a la mayor profundidad de
circulación y van de las partes más altas a la cuenca hacia la descarga localizada
2
Tóth J. 1962. A theory of groundwater motion in small drainage basin in Central Alberta, Canada. Journal of Geophysical
Research Vol. 77 (11) 4375-4387.
9
en la parte más baja de la cuenca. Todos estos flujos en un ambiente natural
mantienen un recorrido separado. Las zonas de recarga y descarga están
estrictamente controladas por flujo vertical con una componente de movimiento
hacia abajo, y hacia arriba, respectivamente. El despreciar estas componentes
verticales de flujo del agua subterránea ha resultado en impactos ambientales
serios y algunas veces irreversibles.
Figura 2.- Características físicas, químicas y biológicas de los sistemas de flujo
(tomado de Tóth, 20003).
Estos sistemas de flujo pueden ser definidos de acuerdo no sólo con aspectos
topográficos y de datos obtenidos de pozos profundos, sino también con la
integración de elementos externos cuya adquisición es relativamente más
económica. Al respecto sobresalen las características químicas del agua
(elementos mayores y traza, así como alcalinidad, pH y Eh). Es de anotar que la
parte química e isotópica del flujo del agua es una de las pocas variables que
tienen memoria de los procesos acaecidos agua-roca. Otro de los identificadores
de gran utilidad son los biológicos del suelo como el tipo de vegetación, presencia
de manantiales, elementos químicos del suelo, temperatura del agua, localización
de basamento, procesos de erosión o depósito de minerales, profundidad del nivel
freático, entre otros.
En este sentido resaltan varias situaciones importantes para los objetivos del
presente trabajo, dentro de estas destaca la posibilidad de flujo subterráneo de
3
Tóth J. 2000. Las aguas subterráneas como agente geológico: causas, procesos y manifestaciones. Boletín Geológico
Minero Vol. 111 (4) 9-25.
10
trans-base o trans-cuenca, que tiene varias implicaciones como i) el
funcionamiento del agua subterránea, ii) el movimiento de contaminantes de una
cuenca a otra muchas veces distante, iii) efectos en el agua asequible en una
cuenca por cambios en el manejo hídrico en la cuenca donde se origina el flujo.
Las relaciones entre el agua superficial y el ambiente han sido claramente
definidas debido a lo relativamente rápido (de metros por minuto) de su
movimiento y de las concomitantes respuestas así como de los efectos y
naturaleza visible del recurso. Sin embargo, un efecto de que el movimiento del
agua subterránea esté escondido y sea muy lento (de unos centímetros a decenas
de metros por año) hace que se necesiten períodos muy largos para notar
cambios definitivos en el ambiente desde dos puntos de vista, calidad y cantidad
de agua. A menudo, las alteraciones son difíciles de reconocer y sus componentes
naturales y antrópicas no son siempre de clara definición, como tampoco lo es su
delimitación geográfica.
La Figura 2 muestra el funcionamiento teórico de los sistemas de flujo indicando la
variación esperada para diferentes de las características arriba expresadas y que
están dadas por el movimiento del agua en un medio geológico particular. Los
impactos que se obtienen de la interacción entre ambiente y régimen del agua
subterránea han sido inadecuadamente definidos en la literatura ambiental, esto
se torna más grave cuando se establece que muchos de los trabajos e
investigaciones realizadas sobre el trinomio bosque, lluvia, y escorrentía no
incluyen causa-efecto con el agua subterránea. En efecto, la inmensa mayoría de
los trabajos consultados incorporan sólo ese trinomio y otras componentes
superficiales, y en el mejor de los casos indican como deseable establecer efectos
y relación con el agua subterránea.
11
DISCUSIÓN DE ARTÍCULOS DE RELEVANCIA
Archer, D y M, Newson, 2002. The use of indices of flow variability
in assessing the hydrological and instream habitat impacts of
upland afforestation and drainage. Journal of Hydrology Vol. 268, pp. 244258.
Este trabajo se estudió la variabilidad del flujo de producirse cambio en los
sedimentos y la calidad del agua de escorrentía. Todavía existen incertidumbres
sobre la escala de tiempo, la escala del sitio en la que se producen estos cambios
y su impacto en la variabilidad del flujo. Se presenta un método para caracterizar
la variabilidad del bosque de coníferas por medio del número anual de pulsos
(presencia de un alto arriba de un flujo determinado) promedio y duración de flujos
seleccionados. El número de pulsos se incrementa antes y después del drenaje
pero los pulsos declinan constantemente, su duración se incrementa con el
crecimiento de los bosques. Este método proporciona una vista cuantitativa
continua de los cambios en el régimen de ciclo hidrológico.
En un balance de agua se usan frecuentemente modelos para despejar una de las
variables, más que para describir la situación. En este trabajo se enseña un nuevo
método que incluye la grabación del flujo de escorrentía y una descripción del
régimen del flujo. Se establece en tipos específicos de problemas entre el drenaje
la repoblación forestal y su respuesta sobre la escorrentía: i) el drenaje y
repoblación forestal tienen efectos contrarios sobre el volumen de escorrentía, que
dependen de la plantación, del drenaje y lo cerrado del techo del bosque, ii)
limitaciones por el efecto de la escala tienen que ser consideradas, y iii) la
variabilidad del flujo es un indicador del cambio en el uso del suelo, pero también
de la ecología del río. Las mediciones de ésta variabilidad tienen una gran
correlación entre las variedades biológicas y la aforestación.
Este trabajo describe el tercer punto y se señalan los cambios en la variabilidad
del flujo durante un período de cambio en el uso del suelo: de pantano a bosque.
Un método efectivo para definir las perturbaciones hidrológicas con respecto a la
influencia del cambio del suelo debe considerar: i) los niveles del flujo que puedan
producirse, ii) el intervalo entre mediciones debe ser corto, iii) los efectos del clima,
y iv) los cambios y tendencias detectados por estadística. Se determinan las
condiciones del clima practicándose análisis de correlación y regresión por medio
de los pulsos (frecuencia y duración) sobre el flujo máximo (múltiplo del promedio).
Comentarios.- El método usado en este trabajo no muestra en forma directa el
efecto del cambio en el uso del suelo sobre el balance del agua. La variabilidad del
flujo es un factor crítico para el estado ecológico de un río, este no sólo es reflejo
del cambio de uso del suelo en lo inmediato geográficamente hablando. Es
necesario incluir otras variables que se ha probado influyen en la escorrentía y que
tienen que ver con aportes de flujo subterráneo manifestado como flujo base.
12
Bordas, MP y Canally GE, 1980. The influence of land use and
topography on the hydrogeological and sedimentological
behaviour of basins in the basaltic region of south Brazil.
Symposium, The influence of man on the hydrological regime with special
reference on representative and experimental basins, pp. 55-60.
El área de estudio tiene características climáticas que la marcan como de gran
precipitación y que ha sido sujeta a importantes acciones de desforestación. Estas
últimas se han reflejado en importantes fenómenos de inundación (de hasta 1
m/hora) sobre sub-cuencas que se formaron en rocas basálticas del Terciario. El
estudio consistió en trabajos de investigación en 10 sub-cuencas piloto de 10 km2,
aproximadamente. La deforestación se manifestó como incremento de la erosión
aumentando de 4.6 a 20,677 kg/km2. La comparación fue hecha con un terreno
con 100 años de ocupación y otros sin ocupación. Se estimó que el escorrentía es
al menos tres veces mayor cuando el lugar se ha desforestado. Se encontró que la
práctica agrícola ha influenciado fuertemente la producción de sedimentos y
escorrentía; sin embargo, se encontró que las pendientes tienen poca influencia
en la producción de sedimentos y de caudales de escorrentía.
Comentarios.- En el trabajo no se establece la influencia particular del tipo de
geología como tampoco se marcan espesores de las unidades geológicas
involucradas. Hay ausencia de datos de las características hidráulicas del sistema
analizado y tampoco se hace mención de las condiciones que permiten que exista,
o no, continuidad hídrica entre las sub-cuencas analizadas. No se presentan las
condiciones particulares del agua subterránea como cuál es la parte del sistema
de flujo que influye en la cuenca considerada, como tampoco se marca el tipo de
vegetación (edad, tamaño, especie) y no se hace énfasis sobre características del
suelo y subsuelo (porosidad, textura, características químicas). Falta dar
consideración a la duración e intensidad de la lluvia, y cuál fue la importancia del
comportamiento de una tormenta en particular, ya que es evidente que pequeñas
cantidades de lluvia producirá poca cantidad de sedimentos.
13
Braud, I, Vich, AI, J, Zuluaga, J, Fornero, L, Pedrani, A. 2001.
Vegetation influence on runoff and sediment yield in the Andes
region: observation and modeling. Journal of Hydrology Vol. 254, pp. 124144.
Se instrumentó dos cuencas (5.47 km2 y 35 Ha) para estudiar procesos de lluviaescorrentía e impacto del manejo del suelo en la escorrentía y/o producción de
sedimentos, La hipótesis es que lo severo de los eventos de inundación puede ser
evitada aumentando la cubierta vegetal. Sus objetivos fueron i) proponer un
método de sensores remotos para evaluar cambios (anual y largo plazo) en la
cubierta vegetal, incluyendo los resultados en el modelo ANSWERS y ii) proponer
un modelo de procesos lluvia-escorrentía-producción de sedimentos, tomando en
cuenta diferencias de cubierta vegetal. Los procesos incluidos en el modelo son: i)
intercepción de lluvia por el dosel, ii) infiltración al suelo, iii) saturación de la
capacidad de infiltración, iv) acumulación de agua en micro-depresiones hasta su
saturación, v) flujo del exceso de agua hacia drenes superficiales o al agua
subterránea y vi) evaporación en la superficie del terreno o transpiración.
ANSWERS es un modelo espacialmente distribuido, representa a la cuenca como
un conjunto de elementos en malla cuadrática, se incluyen propiedades uniformes.
El modelo puede tomar variaciones en la topografía, tipo de suelo, cobertura
vegetal y uso de tierra (así como su variación con el tiempo). No incluye la
presencia de flujos preferenciales. La lluvia se considera a partir de polígonos de
Thiessen. Entre otros insumos el modelo usa mapa geológico y propiedades
hidrodinámicas del suelo. Se comparó las dos escalas de cuenca en la magnitud
del coeficiente de escorrentía (CE) calculado y magnitud del evento de
precipitación asociada, indicando que el CE para las cuencas de mayor extensión
(2,000–5,000 m2), es un orden de magnitud menor y está asociado a eventos de
lluvia diez veces más pequeños que para una extensión mayor, la diferencia se
atribuye a la escala. Al comparar escorrentía y producción de sedimentos con el
porcentaje de cobertura de vegetación, no se encontró relación, tampoco con
respecto a la pendiente, esto se atribuye al almacenamiento superficial de la
micro-topografía. Existe escorrentía y flujo preferencial producido por macro-poros
y huecos de raíces. Los parámetros promedio puede no ser suficientes para
caracterizar escorrentía y generación de sedimentos si el tipo de suelo es idéntico.
14
Bromley J, Brouwer J, Baker AP, Gaze SR y Valentin C, 1997. The
role of surface water redistribution in an area of patterned
vegetation in a semi-arid environment, south-west Niger. Journal of
Hydrology Vol. 198, pp. 1-29.
El trabajo examina factores que afectan el movimiento del agua superficial dentro
de una serie de matorrales que han crecido dispuestos en bandas alternadas,
donde se tiene una suave y ondulante pendiente del terreno. En el área se tienen
sendas bandas de vegetación y de suelo sin vegetación de 10-30 m y de 50-100 m
de ancho, respectivamente. Se analizó la topografía, vegetación y características
de la superficie junto con la medición de la precipitación, conductividad hidráulica
superficial y sub-superficial, tamaño de partícula y contenido de humedad del
suelo.
Se determinó la conductividad hidráulica del suelo con un infiltrómetro de tensión.
La medida de contenido de agua en el suelo se midió en 5 líneas de tubos de
neutrón. Se observó la escorrentía de agua durante las tormentas. Se observó que
la escorrentía pasa de las zonas desnudas a las zonas de vegetación, ya que en
las zonas desnudas la baja conductividad hidráulica impide tanto la filtración del
agua como el desarrollo de especies vegetales.
Comentarios.- Se observó que la lluvia no es suficiente tanto por su calidad de
errática como por la cantidad (544 mm/año) para que pueda subsistir la vegetación
que en términos generales es de tipo perenne. Se carece de evidencia para
afirmar que las bandas de vegetación se encuentran ahí por la profundidad del
suelo o por la topografía o por la profundidad del nivel freático. Es por demás
evidente que el estudio no toma en cuenta el agua subterránea, lo que pueda
explicar muchas de las interrogantes del trabajo.
15
Cheng JD, Lin LL y Lu HS, 2002. Influences of forests on water
flows from headwater watersheds in Taiwan. Forest Ecology and
Management Vol. 165, pp. 11-28.
Para respaldar la política de protección forestal para la regulación de flujo
superficial y la conservación de suelos se evaluó la influencia hidrológica en las
cabeceras de los ríos en Taiwán. Estas cabeceras se localizan en suelos muy
permeables cubiertos de bosque, por lo que a pesar de las lluvias intensas (100
mm/h) rara vez se produce flujo superficial. Una evapotranspiración abundante
(800-1,200 mm/año) contribuye a la presencia de flujos superficiales escasos.
Se tomó en cuenta para el análisis el ciclo hidrológico en cabeceras con
ecosistemas alterados y naturales haciendo un balance de la precipitación total, la
evapotranspiración y el cambio entre el agua del suelo y el almacén subterráneo.
Se considera a la evapotranspiración como resultado de la lluvia interceptada, la
evaporación a partir del suelo y las superficies de agua y la transpiración. Se
estudiaron tres cabeceras en las cuales se consideró el tipo de vegetación,
precipitación, posición geográfica y pendiente de cada una de ellas (mediante una
estación climática). La geología, tipo de suelo y su profundidad, y cobertura
vegetal varían en cada cabecera.
Estos datos son bastante completos a excepción de las temporadas de lluvia alta.
Se registró el tiempo en que se deforestó y el tipo de reforestación aplicada. Las
observaciones indican que el bosque incrementa la estabilidad de las pendientes
con sus raíces y protegen la calidad del agua minimizando la fluctuación de la
temperatura de los arroyos, regulando la concentración de nutrientes y filtrando los
contaminantes. Los deslizamientos de tierra, flujos de escombros e inundaciones
en Taiwán se atribuyen principalmente a eventos naturales extremos como lluvias
torrenciales asociadas a tifones (>250 mm/hora) y terremotos.
Comentarios.- Un aspecto relevante es la falta de integración a las variables del
estudio del tipo de geología presente. La evapotranspiración es una variable que
no se aclara cómo se mide, por lo que se presume que se calcula por medio de
formulas empíricas lo cual pone en duda el esquema de balance realizado. Un
aspecto dominante en el análisis de la información es la falta de dar consideración
a la infiltración de lluvia al agua subterránea, agua que pueda salir de la cuenca y
que no es considerada. Tampoco se comenta por los autores de la implicación de
que en las cuencas estudiadas se observe poca o nula escorrentía y su relevancia
con la recarga al agua subterránea.
16
Cognard-Plancq, AL, Marc, L, Didon-Lescot, JF y Normand, M. 2001.
The role of forest cover on streamflow down sub-Mediterranean
mountain watersheds: a modeling approach. Journal of Hydrology Vol.
254, pp 229-243.
El modelo marca una relación cuantitativa entre cubierta boscosa y escorrentía
evaluando el impacto hidrológico por cambios en las condiciones superficiales. El
objetivo es calibrar el modelo hidrológico en una cuenca que después del periodo
de calibración sufrió el decaimiento natural de su vegetación asociado con un
periodo de sequía y la presencia de una plaga, y usar el modelo calibrado para
simular la escorrentía durante el periodo posterior en el cual se hicieron acciones
de reforestación. El modelo estima la conducta de la escorrentía en la cuenca sin
el decaimiento integrando características de suelo-vegetación-lluvia como un
continuo, lo que permite simular el flujo superficial y contenido de humedad en el
suelo para diferentes escenarios de cobertura vegetal. El modelo calcula la
evaporación para dos capas de suelo considerando tipo de suelo, tipo de dosel, y
porcentaje de cubierta vegetal. La evapotranspiración considera la transpiración
(contenido volumétrico de agua y punto de marchitamiento), evaporación del suelo
desnudo (en paso diario, valor asignado con base en textura) y fracción de
cubierta vegetal. La calibración indicó que en períodos de retorno de 1 a 3 años la
cuenca se representó adecuadamente, no así para eventos de inundación con un
periodo de retorno de 5 años. Se concluye un aumento en escorrentía de un 10%
que resulta del decaimiento de la vegetación y se sugiere que la reforestación con
brezales tendrían el mismo impacto en la escorrentía que el bosque nativo.
Comentarios.- Se aportan datos sobre el impacto ambiental por perturbaciones
inducidas por el hombre en ecosistemas semi-naturales. Lo útil del modelo radica
en: i) intenta integrar variables físicas del suelo dependientes de la evaporación
directa y transpiración (requiere conocer a detalle la vegetación), y ii) representa el
proceso de transporte por las raíces como función de la humedad en el suelo, y
utiliza índices de vegetación en función de especie predominante y fracción de
cobertura. Sin embargo, tiene limitaciones en simular eventos de lluvia con periodo
de retorno largo y está condicionado a conocer mediciones precisas de contenido
de humedad en suelo y caudal de escorrentía, lo cual dificulta su aplicación a
menor escala geográfica. Implícitamente el modelo incluye flujo subterráneo
somero, limitando su utilidad cuando se requiera conocer el impacto de cambios
en vegetación por la entrada de flujo regional de agua subterránea.
17
Croke J, Hairsine P y Fogarty P, 1999. Runoff generation and redistribution in logged eucalyptus forests, south-eastern Australia.
Journal of Hydrology Vol. 216, pp. 56-77.
Se utilizó un simulador de lluvia de gran escala (300 m2) en laderas de bosques
sujetos a explotación forestal para examinar la generación de escorrentía durante
tres tormentas secuenciales simuladas en trece áreas seleccionadas del noreste
de Australia. Se tomó en cuenta en el terreno tanto las propiedades de las laderas
como de los caminos de arrastre de los troncos y a las áreas generales de
cosecha para determinar como afectaban en la producción de escorrentía . El
efecto de la explotación forestal se manifiesta todavía después de treinta años. El
suelo tiene una respuesta de gran infiltración y absorbencia, El clima es templado
con una precipitación media anual de 650-900 mm/año con distribución uniforme y
lluvias en verano. La vegetación es de bosque abierto y alto con variedades de
eucalipto. El proceso de explotación forestal es de una tala parcial seguida de
quema media a intensa. La geología de 6 sitios estudiados incluye un granito
Devónico (con >1 m de suelo). Otros 6 sitios se caracterizan por la presencia de
metasedimentos del Ordovícico (con <0.75 m de suelo). Un sitio se localiza en
sedimentos terciarios. En general, la pendiente del terreno es de 22-30% y los
suelos son cromosoles y tenosoles con textura arenosa. El tiempo desde que se
inició la explotación forestal va desde 2-24 semanas para la más reciente; 112
semanas para la intermedia y unas 260 semanas para la más vieja. La elevación
sobre el nivel del mar (m) de los sitios estudiados es >680 m en granitos y de <130
m en metasedimentos.
Específicamente se buscó cuantificar la producción de escorrentía en caminos de
arrastre (ST) y áreas generales de cosecha (GHA) bajo diferente intensidad de
lluvia, buscando relacionar los contrastes en producción de escorrentía con las
características del suelo y vegetación de cada área. Se determinó la naturaleza y
redistribución de flujo entre el GHA y el ST en eventos específicos y se examinó la
tendencia en la producción de flujo de superficie con el tiempo. Para el suelo se
determinó densidad por volumen, porosidad total, contenido de materia orgánica y
porcentaje de cubierta en las superficies de arrastre y áreas generales de
cosecha. Los resultados marcan que debido a su alta densidad las superficies de
arrastre son una fuente importante de escorrentía superficial bajo diferentes
regímenes de lluvia. Se reporta que más del 50% del agua de lluvia fluye por
escorrentía. La velocidad de infiltración en las superficies de arrastre y en las GHA
es mayor a la de los caminos no sellados pero es considerablemente menor a la
de los bosques sin perturbar. La mayor diferencia relativa en la escorrentía entre
caminos de arrastre y los GHA es durante tormentas menores ya que en éstas el
aporte de agua es insuficiente para generar escorrentía aún en bosques
perturbados.
En lluvias extremas la mayor área comparativa de los GHA enmascara el aporte
de agua de los caminos de arrastre a la escorrentía. El impacto de superficies
compactadas en la captura de escorrentía depende también en su disposición
18
espacial y proximidad a drenes. El agua que llega a los drenes por flujo superficial
no contribuye en gran medida a la escorrentía o arrastre de sedimentos debido a
la efectividad de la dispersión e infiltración en las áreas generales de cosecha.
La generación de escorrentía en bosques templados sin perturbar es dominada
por el flujo de tormenta sub-subterráneo (SSSF) a través de macroporos y
mecanismos controlados por la topografía como el flujo de superficie por exceso
de saturación.
Comentarios.- Este trabajo indica que la geología controla el flujo subterráneo
produciendo sólo un sistema de escorrentía sub-superficial. El trabajo marca la
respuesta genérica de una zona donde la contribución o recarga al agua
subterránea no representa una limitación de importancia. Los resultados apuntan a
un control de la escorrentía por el tipo de cubierta de suelo exclusivamente y el
tipo de tormenta. El trabajo concluye observaciones dadas en otros estudios de
una respuesta mayor de la escorrentía a medida del aumento de la compactación
de suelo.
19
Garczynski F, 1980. Effect of percentage of forest cover on the
hydrogeological regime in three regions of the USA. Symposium, The
influence of man on the hydrological regime with special reference on
representative and experimental basins, pp. 67-74.
Investigadores de los USA establecen que en varias áreas en que se eliminó la
cubierta vegetal se encontró que el bosque consume más agua que el suelo
descubierto o aquel cubierto por pastizal. A este respecto investigadores de la
URSS encontraron que esto sí aplica en cuencas menores de 10 km2, y que lo
opuesto se encontró en cuencas de mayor área. El autor presume que la razón de
esto último es debido a que existe salida de agua en las partes bajas de la cuenca,
agua que se ha infiltrado en el bosque en las partes altas de la cuenca.
El análisis de 134 cuencas sólo incluye escorrentía, porcentaje de cubierta forestal
y la precipitación acaecida. Se encontró que el área mínima de una cuenca, en la
cual el bosque tiene una influencia de un 10% sobre la precipitación, es cuando
aquella es de 300-3,000 km2 (con una r = 0.33). Normalmente al incrementar la
cubierta del bosque en un 50% se incrementa la precipitación en 150 mm y, en
consecuencia la escorrentía.
Comentarios.- En el trabajo no se establece el tipo de geología y las condiciones
que hacen que no exista (o no) continuidad hídrica entre las cuencas y que esto
no afecte los resultados obtenidos. Se carece de las condiciones en que se
encuentra el agua subterránea, en particular en que parte del sistema de flujo está
la cuenca considerada (zona de recarga, descarga o tránsito). El tipo de
vegetación así como su edad, tamaño o especie, no se le da consideración, se
desconoce que tipo de características tienen el suelo y subsuelo. Existen serias
inconsistencias (o no se marca con claridad) cómo varios conceptos o valores de
parámetros usados fueron calculados u obtenidos, así como por ejemplo cómo es
posible extrapolar regionalmente cálculos de evapotranspiración a partir de valores
que fueron determinados en lisimétros, tampoco se manifiesta el impacto
correspondiente de hacerlo. No se indica si las estaciones de observación de la
precipitación son las mismas en todos los casos.
20
Guillerme E, 1980. The influence of deforestation on groundwater
in temperate zones: an historical perspective. Symposium, The
influence of man on the hydrological regime with special reference on
representative and experimental basins, pp. 75-79.
Existen criterios establecidos en la literatura que se han considerado como
escuela, dentro de las cuales se considera en este trabajo la Americana y la Suiza.
La primera presume que el nivel del agua subterránea se colapsa como resultado
de acciones de deforestación, mientras que la segunda presume que no existen
cambios aunque se reemplace un bosque por pastizal. La evidencia se remite a la
respuesta observada por unos 50 años, sin embargo, el autor estima que se
necesitarán siglos para definir con claridad los cambios establecidos.
En general, observaciones de los franceses coinciden con las de los americanos:
los manantiales y los ríos se secan cuando se deforesta. Sin embargo, en Europa
durante 1320-1460 la reforestación natural experimentada no dio como resultado
la presencia de nuevos manantiales. El autor hace notar que al presente los
niveles del agua subterránea en época de secas están más altos en varios ríos de
Francia (Orleáns, Le Mans, Chalòns) que durante el Siglo Primero; otros ríos como
los localizados en París muestran lo contrario: niveles más bajos que desde el
tiempo de los Romanos. El autor distinguió cuatro razones por las cuales los
niveles descienden por el efecto de la deforestación: i) la desecación de pantanos
y marismas (100,000 km2 en Europa) así como la construcción y dragado de unos
40,000 km de canales navegables que permitió el drenado del agua subterránea;
ii) la extracción de agua por medio de pozos que en Francia inició en 1780, que
ocasionó descenso del nivel del agua subterránea; iii) desde los 1800’s las
actividades de la población se aceleraron (urbanización, política social, higiene,
desarrollo industrial) lo que precisa de mayor cantidad de agua. Por ejemplo, Paris
consume 3X106 m3/día, de los cuales cerca de 4/5 son agua subterránea,
consumo que implica algo así como la mitad de la lluvia (que cae en la cuenca?);
iv) cambio climático, el período caliente y seco comenzó en los 1750’s y terminó
en los 1950’s.
Comentarios.- Es interesante observar que desde épocas de los 1700’s existía la
concepción de que la cantidad principal de agua era provista por el interior de la
tierra. Las consideraciones del autor son más acordes con el comportamiento
general observado a través de un periodo largo de respuesta. Se marca, aunque
no se hace explícito, que desde el punto de vista de los sistemas de flujo las
acciones de drenado de ciénegas y canales de transporte fluvial produjeron el
descenso de los niveles del agua subterránea lo cual a su vez produjo la
desaparición de manantiales. Se hace implícito también que la deforestación
pudiera no estar vinculada directamente con el abatimiento del nivel del agua
subterránea. En el trabajo tampoco se clarifica la respuesta de los sitios en que los
niveles del agua subterránea aparentemente ascendieron.
21
Gupta RK, 1980. Consequences of deforestation and overgrazing
on the hydrological regime of some experimental basins in India.
Symposium, The influence of man on the hydrological regime with special
reference on representative and experimental basins, pp. 81-87.
La perspectiva del efecto del cambio de la cubierta de bosques debe considerarse
desde el inicio del tiempo, en el caso de India las consideraciones comenzaron
desde hace unos 4,000 años con la llegada de grupos Arios. La capacidad de los
sistemas biológicos ha sido ignorada y excedida produciendo un deterioro que ha
tomado siglos y que se ha comprimido en años por el gran crecimiento de la
población. Los fenómenos de erosión son un proceso natural que sólo se
considera alarmante cuando se sobrepasa la formación de nuevos suelos y la
fertilidad inherente declina. Se ha encontrado que suelos cubiertos por pasto y
matorrales producen una pérdida del mismo y escorrentía insignificante,
independientemente de la pendiente y tipo de suelo. El suelo desnudo tiene más
erosión en especial al compararlo con suelos cubiertos por vegetación. Desde la
perspectiva de escorrentía y pérdida de suelo, la tierra barbechada produce
máximos que pueden clasificarse como mayores y de más peligro que el
producido por pasto y matorrales.
Trabajos realizados en los Himalayas y otras partes de India marcan que la tierra
sujeta a un mayor tiempo de pastoreo produce más pérdida de suelo llegando
hasta 2,340 kg/ha (27% de escorrentía ), mientras que los de menor pastoreo se
tienen unos 780 kg/ha (19% de escorrentía ), y los suelos sin pastorear producen
390 kg/ha (11% de escorrentía ). Los resultados indican que no existe diferencia
de la escorrentía observado para diferente tipo de vegetación, excepto cuando se
tiene pasto, el cual permite de un 2 a un 36% de escorrentía , dependiendo del
tipo de pasto. La escorrentía pico calculada en cuencas cubiertas con bosque
(Shorea Robusta) es 10% más bajo que en aquellas con suelo agrícola; la pérdida
de suelo puede ser un 38% menor. La velocidad de infiltración es mayor cuando
se tiene hojarasca (y bosque) (260 mm/h) que con pastizal (120 mm/h) o tierras de
cultivo (90 mm/h). La cantidad de humedad presente en el suelo (hasta 1.2 m de
profundidad) permanece a un nivel mayor en zonas de bosque que en zona de
pastizal. La evapotranspiración potencial de vegetación en estado juvenil muestra
que la cantidad de agua consumida por gramo de materia seca producida es
máxima para pinos comparada con todas las otras especies estudiadas.
Comentarios.- El trabajo presenta datos importantes de la respuesta entre
erosión y escorrentía, a mayor escorrentía la carga de material de erosión
transportada aumenta. Sin embargo, no se establece el tipo de geología y las
condiciones que hacen que no exista continuidad hídrica entre las cuencas y que
esto no afecte los resultados obtenidos como la escorrentía. No se presentan las
condiciones del agua subterránea, en particular en que parte del sistema de flujo
está la cuenca considerada (zona de recarga, descarga o tránsito). No es posible
distinguir con claridad el método usado para definir localmente los cálculos de
evapotranspiración así como otras variables involucradas en el balance efectuado.
22
Haarhoff T, 1989. The effects of acid rain and forest die-back on
groundwater- case studies in Bavaria, Germany (FRG). Atmospheric
Deposition in Proceedings of the Baltimore Symposium, May 1989. Publication of
the IAHS No. 179, pp. 229-235.
Este proyecto se planeó a cinco años. El trabajo muestra resultados y sugerencias
preliminares de un año donde se intenta: i) marcar conexión en secciones del ciclo
del agua en áreas cubiertas por bosque, ii) establecer a largo plazo cambio en los
procesos químicos del agua contaminada y iii) proponer posibles estrategias de
manejo del agua y bosque para cuidar las fuentes de agua subterránea. El estudio
plantea tomar en cuenta programas de: i) cartografía regional (en instalaciones
forestales y de suelo, cartografía aérea), ii) cartografía en áreas específicas
(clasificación del retroceso del bosque, investigación de las capas de suelo
superiores y geología del subsuelo), iii) colecta de información (precipitación en
áreas abiertas, incluyendo metales traza; precipitación en grupos y flujo de los
troncos de los árboles; agua de filtración; agua subterránea; fuentes, y agua
superficial y escorrentía).
Se harán mediciones en áreas abiertas y puestos forestales en forma integrada,
de acuerdo con los siguientes criterios: i) información de puntos específicos se
transfiere a áreas mayores; ii) análisis de influencia en información colectada en
áreas grandes, en áreas pequeñas. Se seleccionaron cuatro áreas pequeñas (415 km2) de varias regiones de Bavaria que cumplían con ciertos requisitos: i) uso
de suelo únicamente forestal, sin fertilizantes; ii) retroceso o predicción del mismo
en el bosque actual acompañando del adelgazamiento de los puestos forestales;
iii) acuíferos en peligro debido a la baja capacidad de amortiguamiento del suelo y
de los estratos de roca y iv) presencia de plantas proveedoras de agua en el área.
La geología de las cuatro áreas difiere entre sí, por lo que la hidrología es también
distinta aunque el uso forestal y el tipo de árboles es relativamente similar. Una de
las cuatro áreas no presenta avenamiento superficial. Los resultados obtenidos a
la fecha sólo permiten comparan dos áreas y confirmar que para establecer
posibles cambios en la calidad del agua subterránea debido al incremento en la
contaminación del aire es necesario estudiar más de cerca la zona no saturada
bajo la zona de las raíces, así como hacer una cartografía integrada sobre los
cambios en la superficie del terreno y en la vegetación. Para intentar disminuir el
error en los balances de agua y otras variables debe de llevarse a cabo
mediciones meteorológicas adicionales. Es probable que resultados después de
cinco años de trabajo sean suficientes para generar pronósticos a largo plazo de la
acidificación del agua.
Comentarios.- Aunque faltan resultados de trabajos por desarrollar es factible
comentar que al parecer la cubierta forestal no muestra una relación con la
geología y con la escorrentía. Al parecer es este trabajo se plantea incorporar el
agua subterránea, más aquí se marca con claridad que la realización de
investigaciones de este tipo requieren de instrumentación eficiente y un tiempo
sustancial de mediciones (cinco años).
23
Johnson D W, Susfalk S B, Gholz H L, Hanson P J, 2000. Simulated
effects of temperature and precipitaction change in several forest
ecosystems. Journal of Hydrology Vol. 235, pp. 183-204.
Se dan los resultados de simular el cambio en temperatura y precipitación con el
modelo de reciclado de nutrientes (NuCM) para varios ecosistemas forestales. Se
eligieron seis lugares con varias especies, suelo, clima y estado del nitrógeno. Los
objetivos fueron: i) explorar interacciones durante el proceso de reciclado de
nutrientes en respuesta a cambios climáticos a largo plazo, ii) probar hipótesis
específicas a las salidas de esas interacciones, iii) determinar si NuCM describe
como los modelos de reciclado de nutrientes, que la temperatura es más
importante que la precipitación en términos de productividad del bosque. Cambio
en precipitación por cambio climático, induce cambio en la evapotranspiración,
flujo de agua en el suelo y productividad en ecosistemas que estén limitados de
agua. La evapotranspiración se calculó como potencial (Etp) con una fórmula
empírica. El flujo del agua a través del sistema se simuló por las ecuaciones de
continuidad, Darcy y Manning. El aumento o disminución de precipitación (± 33 %)
e incremento de 4°C denotaron que cambios en la precipitación causaron cambios
grandes y sin proporción en el flujo de agua en suelo debido a que los cambios en
la ET eran igualmente pequeños. El incremento en la temperatura causó aumento
en la ET y un reducido flujo de agua en suelo.
Comentarios: La utilidad del modelo para definir los cambios en la ET con
respecto a la inducción de mecanismos como el aumento en la taza de
crecimiento del bosque o los procesos de reciclado de nutrientes esta limitada
debido a la utilización de un modelo semi-empírico que únicamente considera los
cambios por latitud y temperatura pero desprecia la influencia del tipo de
vegetación y etapa de crecimiento y no incorpora otros flujos de entrada o salida
de agua del suelo.
24
Lacey, G. C., y Grayson, R. B. 1998. Relating baseflow to catchment
properties in south-eastern Australia. Journal of Hydrology Vol. 204, pp.
231-250.
El escalamiento de problemas hidrológicos involucra el establecer parámetros
adimensionales para el problema, de manera que la solución pueda ser aplicada a
una amplia variedad de cuencas. La influencia sobre el índice de flujo base en 114
cuencas de Victoria Australia se examinó con un conjunto de agrupaciones
geología-vegetación que se basaron en la geología y la comunidad de vegetación
nativa de la cuenca incluyendo asimismo un conjunto de propiedades
adimensionales de la cuenca como: topografía, índices climáticos, capacidad de
recarga y transmisividad del acuífero y el suelo. Con base en la geología y clases
de vegetación se hicieron 12 grupos de tipo de vegetación-geología, se consideró
que estos grupos representan factores clave que afectan el comportamiento
hidrológico en la cuenca, en particular respecto a la historia climática, capacidad
de recarga y transmisividad. La relación entre cada uno de los grupos con
respecto al índice de flujo base resultó altamente significativa, de acuerdo con un
análisis de varianza realizado. Los valores más altos de índices de flujo base
estuvieron asociados con la formación de suelos muy profundos y permeables que
fueron caracterizados con base en indicadores de vegetación y geología por su
potencialidad de poseer porosidad primaria alta o estar altamente fracturados.
Comentarios.- Se aporta evidencia estadística de que geología y tipo de suelo
son los factores que determinan el aporte de flujo base; sin embargo no se tomó
en cuenta el esquema de funcionamiento hidrogeológico involucrado. Únicamente
se tomaron características generales de fracturamiento y porosidad asociadas al
tipo de roca y valores de capacidad de almacenamiento y conductividad hidráulica
de los pozos localizados, para inferir cualitativamente si era más importante el
aporte de agua del suelo o del acuífero. Los efectos de la escala, no son
perceptibles por análisis de regresión y los efectos de historia climática,
intemperismo, profundidad de suelo, capacidad de recarga y transmisividad están,
al parecer, representados por la mayoría de los grupos vegetación-geología
propuestos. Este trabajo es uno de los pocos que plantea la utilización de
indicadores ambientales de las características físicas que predominan en el
comportamiento hidrológico del flujo base. No obstante, se encuentran limitaciones
en la interpretación de los resultados debido a que el análisis de relación entre las
variables es puramente estadístico y descriptivo y no está referida a un marco de
funcionamiento hidrogeológico, ya que esto último permitiría definir con mayor
claridad la importancia de la interacción agua subterránea y flujo base.
25
Le Maitre DC y Versfeld DB, 1997. Forest evaporation models:
relationships between stand grow and evaporation. Journal of
Hydrology Vol. 193, pp. 240-257.
El agua no puede continuar siendo ignorada en las campañas de aforestación de
Sudáfrica ya que es una pieza clave de su éxito o fracaso. La evaporación aquí
definida cómo la transpiración más la intercepción de bosques, es función de la
estructura y características de las especies más que de su edad per se. Se
necesitan estudios para saber cómo manejar los bosques permitiendo hacer un
uso eficiente y efectivo del agua. Más aún, cualquier esfuerzo en la irrigación y el
estudio del tipo de fertilización adecuado, resulta de nulo o de bajo beneficio si el
agua es factor limitante. Se intentó hacer un modelo para estimar la evaporación
con base en datos de escorrentía y precipitación, aunque estos últimos fueron de
muy baja accesibilidad. El modelo no se pretende usar para predecir o determinar
la evaporación para un año en particular sino y proyectar la evaporación promedio
esperada en un área boscosa, por ejemplo, definir la reducción de la escorrentía
incluyendo varias especies de cubierta de bosque. Usaron la técnica de regresión
lineal estándar. Las relaciones entre la estructura del bosque, su crecimiento y
evaporación se analizaron para determinar si la evaporación puede ser estimada
con base en datos de estado de crecimiento. Este enfoque permite evaluar
impactos potenciales de la aforestación en cuanto al régimen de agua. La base de
este enfoque está en que el ritmo de crecimiento de los árboles es determinado
por el agua asequible y está limitado por el potencial máximo de la planta de
extraer agua. La evaporación es proporcional al área foliar la cual está relacionada
con la biomasa. Estas relaciones se modelaron en un grupo de cuencas
experimentales escogidas con base en su estado de aforestación e información de
precipitación así como en lo asequible de datos de crecimiento y densidad de
árboles plantados. Los datos de crecimiento de los árboles se obtuvieron tomando
en cuenta el año en que fueron plantados, generándose un Índice de Sitio. Para
estimar la evaporación se utilizó la precipitación menos escorrentía. El modelo se
aplicó a las demás cuencas que tenían la misma vegetación. La evaporación fue
mayor de la esperada en años húmedos y menor de la esperada en años secos,
porque la escorrentía no resultó directamente proporcional a la precipitación.
Comentarios.- El modelo incluye errores iniciales en la precipitación por el mínimo
número de estaciones usadas. Además no toma en cuenta el almacenamiento de
agua subterránea, regreso de humedad a la atmósfera del suelo y tipo de suelo.
Estas limitaciones se reflejan en los cálculos realizados ya que es posible
establecer que la evaporación de los eucaliptos es mayor a la que debería ser si
se toma en cuenta sólo la lluvia que cae. Es decir, la aforestación con ciertas
especies favorece la extracción de agua subterránea y por lo tanto la desecación
del suelo. Esto implica que si se cortan dichos árboles será factible que se pueda
volver a recuperar la escorrentía en una cuenca sólo hasta después de varios
años. El modelo calcula la evaporación en forma conceptualmente errónea y los
resultados de una escorrentía que no resultó directamente proporcional a la
precipitación sugiere la importancia de las componentes de flujo subterráneo.
26
Mita P, 1980. The effect of forest on runoff generation. Symposium,
The influence of man on the hydrological regime with special reference on
representative and experimental basins, pp. 115-118.
Varias áreas fueron estudiadas en Rumania con eventos de precipitación de 7-8
mm caracterizados por intensidades de 0.05 mm/min, estas condiciones
generaron ausencia de escorrentía debido a la intercepción del dosel (2 mm) y
retención de la hojarasca (5-6 mm). Sin embargo, precipitaciones intensas de 7-8
mm producen escorrentía en otras cuencas estudiadas.
Se definió que con un déficit de humedad de 30-40 mm, si la precipitación excede
de 40 mm, se tiene que un 40-60% de ésta será retenida. En otras palabras, en
determinadas condiciones los 2-3 cm de hojarasca y el suelo retienen más de 2530 mm de la lluvia. Una cuenca desforestada bajo una lluvia de 100-160 mm
produjo 14,550 y 11,300 l/s por km2; sin embargo, la misma lluvia sólo provocó
6,670 y 4,150 l/s por km2 en una cuenca forestada.
Comentarios.- Aunque se define que ambas cuencas estudiadas son similares
desde la perspectiva morfológica (pendientes- área de la cuenca), geológica y
edafológica, y se calcula que a mayor deforestación mayor escorrentía. Se carece
de datos sobre las condiciones que indiquen o cancelen la continuidad hídrica con
esas cuencas y que esto no afecte los resultados obtenidos. No se presentan las
condiciones del agua subterránea, en particular en que parte del sistema de flujo
está la cuenca considerada (zona de recarga, descarga o tránsito). Como el título
lo expresa los cálculos están dirigidos a definir la descarga bajo diferentes
escenarios de precipitación, intensidad de la lluvia, así que no es posible distinguir
con claridad el método usado para definir la importancia de otras variables
involucradas.
27
Muñoz-Reinoso JC, 2001. Vegetation changes and groundwater
abstraction in SW Doñana, Spain. Journal of Hydrology Vol. 242, pp. 197209.
El área de trabajo se localiza en el sureste de España con 50,720 ha que incluyen
tres sistemas morfogenéticos: estuario, litoral y eólico. Este parque nacional es
uno de los más importantes en Europa por sus zonas inundadas, pantanos salinos
y estanques, los cuales están en la ruta de aves migratorias y son zona de
hibernación de aves acuáticas. Los ecosistemas, tanto terrestres como acuáticos,
dependen en gran parte de la precipitación y descarga de flujo subterráneo. El
agua es el factor controlador de las comunidades vegetales, donde las especies
freatofitas son las más vulnerables a cambios de la presencia de agua. En los
últimos 40 años la reserva ha estado sometida a alteraciones en el uso de suelo
por plantaciones, agricultura de riego y urbanización que acompañan un proyecto
de irrigación y un complejo turístico en la costa. El trabajo examina cambios en la
vegetación de galería (freatofitas) y desaparición de lagunas en Doñana; formula
que el proceso responsable del abatimiento del nivel freático es la extracción de
agua subterránea (para el complejo turístico). Los resultados indican una
evolución hacia vegetación xerófita a través de los últimos 30 años a
consecuencia de menos agua asequible resultado de una extracción sin control
del agua subterránea. Los efectos sentidos por el decremento de lluvia y por la
transpiración por bosques de pino son sustanciales pero se estiman de menor
importancia que la extracción.
Comentarios.- En el trabajo no se establece la influencia particular del tipo de
geología como tampoco se marcan espesores de las unidades geológicas
involucradas que darían indicio de continuidad hídrica. No se incluyen
características hidráulicas del sistema y tampoco se hace mención de las
condiciones que permiten que exista o no continuidad hídrica entre las cuencas
analizadas. Es de notar que el autor manifiesta la importancia de definir la relación
de los humedales y sistema acuífero con las fluctuaciones de los niveles del agua
subterránea e incorporar su conexión con los sistemas de flujo que influyen en el
área considerada. El autor resalta que cualquier cálculo de transpiración de la
vegetación incorpora vacíos importantes en el conocimiento del proceso.
28
Naef F, Scherrer S y Weiler M, 2002. A process based assessment
of the potential to reduce flood runoff by land use change. Journal
of Hydrology Vol. 267, pp. 74-79.
Se evalúa el impacto en la escorrentía torrencial al cambiar el uso de tierra
basándose en la distribución de los procesos de escorrentía dominantes. Entender
estos procesos requiere entender la estructura y variabilidad de los fenómenos
hidrológicos, para lo que se estudiaron pastizales en tres sitios dentro de la
cuenca de Sulzbach, (8.4 km2) en Alemania Federal, en varios de ellos el nivel del
agua subterránea está cerca de la superficie del terreno.
Se evaluó las características de perfiles de suelo considerando conceptualmente
textura, permeabilidad, capacidad de almacenamiento y posición con respecto al
nivel freático. Adicionalmente, se hicieron pruebas con trazadores y aspersores
para observar el comportamiento de la infiltración y generación de escorrentía. La
información se utilizó junto con mapas de uso de suelo, topografía, tipo de suelo,
geología y distribución de procesos de escorrentía dominantes. Se utilizaron
cuatro diferentes procesos: flujo Hortoniano superficial (HOF) basado en el exceso
de infiltración; flujo de saturación superficial (SOF); flujo subterráneo lateral dentro
del suelo (SSF) y percolación profunda (DP) o recarga al agua subterránea. El
conocimiento detallado de la distribución espacial de estos procesos permite una
mejor comprensión de la generación de escorrentía y provee una herramienta para
precisar la contribución de cada área bajo diferente condición de almacenamiento
inicial y tipo de lluvia. El cambio en el uso del suelo debe afectar en forma
significante su captura de agua para que exista una reducción significativa de la
escorrentía torrencial.
La respuesta al almacenamiento ante una precipitación intensa depende de la
proporción del área donde los procesos de escorrentía particular se producen y su
distribución espacial. Se determinó un modelo de precipitación-escorrentía para
simular cada proceso en forma separada. El flujo subterráneo lateral se determinó
mediante diferencia entre HOF y SOF. Se considera que los procesos de flujo
subterráneo que ocurren en las capas profundas del suelo y en la roca pueden ser
afectados por cambios en el uso de suelo, cambios que son efectivos para reducir
inundaciones en especial en zonas con rápida e intensa generación de
escorrentía.
Comentarios.- El sistema de análisis de escorrentía, considera varios factores en
su modelación en forma conceptual, lo cual implica que no se incorpora el
funcionamiento físico correspondiente. Es evidente la importancia del agua
subterránea recordando que en una zona de descarga los niveles freáticos están
cerca del suelo, mas los trabajos de modelación reportados no incluyen el aporte
de agua subterránea a la zona de estudio.
29
Neal C, Robson AJ, Bhardwaj CL, Conway T, Jeffery HA, Neal M,
Ryland GP, Smith CJ y Walls J, 1993. Relationships between
precipitation, stemflow and throughfall for a lowland beech
plantation, Black Wood, Hampshire, southern England: findings
on interception at a forest edge and the effects of storm damage.
Journal of Hydrology Vol. 146, pp. 221-233.
El cambio en políticas de agricultura de la Comunidad Económica Europea podrán
resultar en reducción de producción de cereales en el sur y sureste de Inglaterra.
Como resultado, algunas tierras de agricultura deberán ser transformadas en
bosques productivos. Este cambio potencial en el uso de suelo puede afectar
adversamente la calidad y cantidad de vapor de agua y agua subterránea en las
nuevas plantaciones. En este trabajo se presentan resultados que describen la
relación entre precipitación (lluvia más nieve) y precipitación neta en el bosque
como antecedente a la aforestación con hayas en tierras bajas. La geología del
área consiste en creta de edad Cretácica. El suelo del bosque está bien avenado,
es delgado y rico en materia orgánica. Incluye precipitación anual, dirección del
viento y temperatura media mensual. El flujo a través del tallo y aquel que llega al
suelo da información indirecta de la variabilidad espacial de la precipitación. Las
observaciones duraron dos años y se trató de relacionar la precipitación por
encima del dosel con una red de colectores de flujo a través del tallo y la caída
total del agua. La distribución espacial de la precipitación se vuelve entonces
irregular debido a áreas protegidas y puntos de goteo. Se determinó entonces que
el agua que escurre por el tronco constituye el 5% de la precipitación total y varía
según la estación del año. La intercepción de entre 14 y 16% es dispersa a lo
largo del año. En este trabajo se resalta la necesidad de un diseño experimental
adecuado y el uso de colectores estandarizados. Se observó diferencia espacial
para la precipitación total entre tormentas individuales e incluso durante un mismo
evento, inclusive a una escala de 200x200 m2. Se requiere de datos confiables de
la precipitación, los que se han obtenido últimamente por la medida de la pérdida
por intercepción, del depósito oculto y del almacenamiento en el dosel, además de
la precipitación neta. Se resalta también la necesidad del estudio de los procesos
que involucran la transferencia del agua de la atmósfera al suelo. El efecto del
límite del bosque parece estar confinado a menos de 20 m de la orilla, siendo sólo
significativo en plantaciones de menor tamaño. Se encontró que la pérdida por
intercepción es aproximadamente la misma en árboles con o sin hojas, siendo
estos porcentajes comparables con los calculados para las hayas. Parece que las
variaciones en la pérdida de intercepción están relacionadas con la estructura del
dosel más que con el tipo de árbol y su disminución puede ser compensada
parcialmente por el aumento de la rugosidad.
Comentarios.- El artículo se enfoca en medir la precipitación, no toma en cuenta
el agua subterránea. Resaltan dos aspectos de gran interés: i) la necesidad de un
diseño experimental adecuado y usar colectores de precipitación estandarizados y
ii) se observó a una escala de 200x200 m2 una diferencia espacial de la
precipitación total entre tormentas individuales y durante un mismo evento.
30
Nichols, DS y Very ES, 2001. Stream flow and ground water
recharge from small forested watersheds in north central
Minnesota. Journal of Hydrology Vol. 245, pp. 89-103.
En la mayoría de los estudios de balance hídrico llevados a cabo el componente
del balance que comúnmente se desprecia, o es poco definido, es el movimiento
sub-superficial de agua por infiltración hasta el nivel freático o recarga. El cálculo
que en ocasiones justifica los resultados es aquel hecho en cuencas con acuíferos
delgados localizados sobre una roca impermeable lo que garantiza que no existe
entrada vertical, de fuera de la cuenca, al acuífero subyacente. Sin embargo, en
terrenos de gran espesor, el movimiento de flujo sub-superficial con componentes
verticales hacia abajo y hacia arriba puede ser substancial. Desde 1960 se
realizaron mediciones de parámetros hidrológicos midiendo flujo superficial,
precipitación, niveles de agua en cada pantano o cuerpo de agua, humedad del
suelo, elevación del nivel de agua subterránea (medida en pozos de observación).
A partir de la variación mensual de niveles de agua subterránea en un periodo de
medición de 38 años, se caracterizó la recarga de la cuenca en términos del
tiempo relativo (como filtración efectiva) que tarda la precipitación en alcanzar el
nivel freático a partir de los episodios de lluvias de primavera y derretimiento de
nieve, hasta que la recarga se detiene en el periodo invernal por congelamiento de
canales y cuerpos de agua. Se infiere que en invierno las tazas de disminución del
nivel de agua son mayores debido a que los gradientes a los puntos de descarga
fueron más agudos y las tazas de descarga fueron más grandes.
Se estimó la recarga de agua subterránea en la vecindad de cada pozo mediante
un análisis de correlación entre la taza de declinación del nivel freático
(condiciones sin recarga) y la elevación del nivel en invierno. El artículo intenta
describir una zona de recarga con flujos someros de naturaleza ácida, en
pantanos ácidos y pobres en nutrientes, los cuales se considera que se
encuentran colgados varios metros (no se indica cuántos) por encima del sistema
de flujo regional rico en carbonatos. Usan el balance hidrológico como indicador
del valor de la recarga obtenido.
Comentarios.- Se indica el tipo de especies arbóreas presentes en el área de
estudio, mas no se usan para medir la evapotranspiración. Esta última se define
por métodos alternativos que se consideran inadecuados para definir un balance.
Adicionalmente, no se presenta información que ratifique el balance o cálculos de
recarga o de la evapotranspiración, como tampoco se presentan datos sobre las
condiciones que indiquen, o cancelen, la existencia de continuidad hídrica del
acuífero analizado con el flujo regional referido en el texto del trabajo. En
consecuencia, no se presentan claramente las condiciones del agua subterránea,
en particular en que parte del sistema de flujo se encuentra el área considerada
(zona de recarga, descarga o tránsito). Se indica que las características de las
aguas someras son de tipo ácido y que las regionales son carbonatadas, lo que
parece sugerir influencia del agua profunda en los niveles someros.
31
Pérez VA y Ortiz PMA, 2002. Cambio en la cubierta vegetal y
vulnerabilidad a la inundación en el curso bajo del Río
Papaloapan, Veracruz. Investigaciones Geográficas, Boletín del Instituto de
Geografía, UNAM. Núm. 48, pp. 90-105.
Se determinaron causas explicativas conceptuales sobre la presencia de
inundaciones con mayor frecuencia en las últimas décadas. Se compiló datos
hidrométricos de 1947 a 1996 de boletines de la Secretaría de Recursos
Hidráulicos, de la CNA y del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Los datos
de precipitación se seleccionaron para sub-cuencas donde los caudales máximos
de escorrentía presentaron una tendencia al incremento. La transformación de la
cubierta vegetal y las características de la pendiente del terreno acarrean
importantes consecuencias en la concentración de la escorrentía y en el desarrollo
de procesos de inundación. El análisis de las modificaciones a la cobertura del
suelo se realizó con base en un SIG a fin de identificar las sub-cuencas y los
rangos de pendientes en los cuales se presentó mayor deforestación. Las
modificaciones de la cubierta vegetal se examinaron a través de imágenes de
satélite, cartografía de uso de suelo y vegetación existente con verificación de
campo. Se concluye que las modificaciones de la cubierta vegetal original
incrementan la escorrentía en el curso bajo del río Papaloapan. Las sub-cuencas
que presentan pendientes bajas son más susceptibles a sufrir cambios en la
cubierta vegetal. Esto se debe a que las pendientes menores de 6° están
totalmente transformadas al uso agropecuario. Hay que tomar en cuenta que la
posición de sub-cuencas afecta el grado de escorrentía y por lo tanto no se tendrá
el mismo efecto en aquellas cuencas que tienen una presa que en aquellas que no
la tienen.
Comentarios.- Es un trabajo que cubre una gran región donde el marco geológico
es bastante heterogéneo y que por tanto representa un reto en sí manejar e incluir
en el análisis. Lo mismo sucede con la inclusión en el análisis de las zonas de
recarga y descarga y los efectos en la escorrentía como flujo base.
32
Plamondon AP y Oullet DC, 1980. Partial clear-cutting and stream
flow regime of ruisseau des Eaux-Volées experimental basin
(Quebec). Symposium, The influence of man on the hydrological regime with
special reference on representative and experimental basins, pp. 115-118.
Los resultados de un estudio por siete años se calibraron para una cuenca
localizada entre 560 y 1,000 m de altura, donde desde 1968 se realizó una tala
progresiva de diferentes tipos de árbol reduciendo en 31% la cubierta vegetal. La
relación observada entre precipitación (P) y escorrentía (Q) fue paralela en las seis
estaciones de aforo construidas, lo que indica que el efecto de la tala no se refleja
en la escorrentía. En general la relación acumulativa para Q/P es similar antes y
después de la tala. Las acciones de deforestación no se manifestaron con un
efecto significativo en la escorrentía medida.
Comentarios.- En el trabajo no se presentan datos sobre las condiciones que
indiquen o cancelen la existencia de continuidad hídrica (entrada o salida de agua
subterráneamente) entre las cuencas analizadas y que esto no afecte los
resultados obtenidos. No se presentan las condiciones del agua subterránea, en
particular falta definir en que parte del sistema de flujo (zona de recarga, descarga
o tránsito) está la cuenca considerada. Como el título lo expresa, el trabajo y los
cálculos están dirigidos a definir la escorrentía bajo diferente cambio de cubierta
vegetal.
33
Sands PJ, Rawlins W y Battaglia M, 1999. Use of a simple plantation
productivity model to study the profitability of irrigated
Eucalyptus globulus. Ecollogical Modelling Vol. 117 (1), pp. 125-141.
Se usó el modelo de productividad PROMOD para examinar la producción que
generaría plantar Eucalyptus globulus en una cuenca de New South Wales,
Australia. Los objetivos buscaron resultados sobre: i) aumentar la cobertura de
eucalipto para generar mayor captura de CO2, ii) incrementar o diversificar el
ingreso alternativo a la siembra de arroz, iii) poner a prueba diferentes estrategias
de irrigación, y iv) evaluar si mediante esta plantación es posible reducir el proceso
de salinidad en suelos por ascenso del nivel freático. Las condiciones del área son
una lluvia promedio anual de 385 mm con 1,765 mm de evaporación potencial
anual, un alto déficit de presión de vapor y poca agua en el suelo. El Eucalyptus
globulus tiene una velocidad anual de crecimiento en su fase inicial de 25 m3/ha,
taza que se ha visto se incrementa a 36-46 m3/ha después de 6 años de edad.
Anualmente se aplican al arroz 13 Ml/ha de agua mientras que para los árboles es
de 7-10 Ml/ha, requiriéndose 4 ó 5 aplicaciones. Se consideró que no existía déficit
de nutrientes y que cuando los suelos eran poco profundos se requería aplicar
agua en cantidades más pequeñas y en forma frecuente. Se supone que los
árboles no tienen acceso al nivel freático, y que su única fuente de agua es la
irrigación y la precipitación. El modelo no toma en cuenta la salinidad del suelo.
El PROMOD predice el índice del área de la hoja, producción anual de biomasa y
el uso del agua. Encuentra el máximo nivel de irrigación media anual después del
cierre del follaje. Requiere datos de latitud del sitio, y factores del clima y del suelo.
El modelo usa para el suelo su agua asequible, posibilidad de saturación y
fertilidad. También usa relaciones empíricas para el índice del área de la hoja,
producción fotosintética del follaje, relaciones para el uso eficiente del agua,
evapotranspiración y respiración, y la relación de partición de biomasa entre ramas
y madera. La modelación de la componente suelo-agua y almacenamiento de
agua en el suelo se hizo usando un simple de balance de agua diario tomando en
cuenta la aplicación diaria total (por irrigación y precipitación) y la
evapotranspiración real. Se determinó que la productividad máxima anual podría
llegar a ser de 42 m3/ha con una irrigación anual de ≥12 Ml/ha, sólo cuando se
lleven a cabo aplicaciones semanales correspondientes con las de la evaporación.
Este régimen de irrigación de alta frecuencia es competitivo con la agricultura ya
que generaría $640 AU/ha y con una rotación después de 20 años.
Comentarios.- El trabajo considera erróneamente que irrigar con grandes
cantidades no producirá filtraciones que subirán el nivel freático, sólo se supone
que el agua de riego ayudará al lavado de sales. El modelo permite lograr algunos
indicadores respecto a la productividad de madera y compararla con otros usos
alternativos del agua, por ejemplo, el arroz. Sin embargo, no es un modelo
hidrológico en si, o hidrogeológico, que permita definir el funcionamiento del
sistema hídrico (incluyendo aportes por precipitación y riego) y su respuesta como
lo es el abatimiento del nivel freático o la reducción de la salinidad en el suelo.
34
Scott, D. F. 2000. Soil wettability in forested catchments in South
Africa; as measured by different methods and as affected by
vegetation cover and soil characteristics. Journal of Hydrology Vol. 29,
pp. 87-104.
Se estudió en laboratorio la capacidad de retención de humedad en el suelo en
función del tipo de vegetación predominante. Comúnmente se asocia la repelencia
al agua con tipos específicos de vegetación. Las incógnitas fueron las propiedades
del suelo (textura, contenido de materia orgánica, taza de infiltración, tensión
superficial crítica, equilibrio de elevación capilar) en suelos asociados con tipos de
vegetación diferente. Se encontró que suelos asociados a eucaliptos son más
repelentes, seguidos por aquellos de especies de acacias, bosque nativo y pinos.
Los suelos asociados a vegetación inducida como pastos, estos presentaron baja
repelencia al agua, lo cual se atribuyó a una nula cantidad de mantillo acumulado
respecto al que presentaron los bosques maderables, menos expuestos a
incendios periódicos.
Comentarios.- Los resultados sugieren que la relación entre la capacidad de
retención de agua en el suelo y el tipo de vegetación depende del grado de
hidrofobicidad de sustancias orgánicas presentes en el mantillo, no se observaron
relaciones aparentes entre características del suelo como la textura. En este
sentido, es de suma importancia para la determinación del proceso de recarga, las
variaciones en la retención de la humedad en suelo por el tipo de cobertura
vegetal asociado se debe considerar en función de observaciones del cambio en
las características del mantillo, i e, bosques con respecto a pastos.
35
Wade AJ, Neal C, Solsby C, Langan SJ y Smart RP, 2001. On
modelling the effects of afforestation on acidification in
heterogeneous catchments at different spatial and temporal
scales. Journal of Hydrology 250, pp. 149-169.
Este trabajo investiga el potencial del uso de varios modelos junto con una base
de datos espacial y temporal para formar una estructura de modelado apropiada
para investigar y manejar cuencas relativamente grandes (>1,000 km2). Se basa
en integrar los modelos llamados End Member Mixing Analysis (EMMA) y el Model
of Acidification of Groundwater in Catchments (MAGIC) en un sistema de
información geográfica para describir con datos espaciales las características
químicas de una cuenca. Toda la información se integra mediante la red de unidad
funcional (FUN, Functional Unit Network) para predecir cambios en la alcalinidad
de Gran por posible uso futuro del uso futuro del suelo o depósitos atmosféricos
en la cuenca del Río Dee, Escocia. Se realizó una campaña de muestreo de agua
superficial durante un año para determinar su calidad. Se explicó las variaciones
diarias en la zona alta del suelo por la mezcla de dos miembros extremos de agua
provenientes uno de la superficie y otro de agua subterránea. El resultado de
estos modelos es que la disminución de SO4 y un constante depósito de NO3,
junto con la aforestación de baja intensidad del pino Scots (nativo del área) no
contribuyen en forma significativa a la acidificación del agua del río.
El follaje de las coníferas usualmente aumenta el filtrado y depósito de materia
ácida de la atmósfera, lo que puede causar acidificación del agua de los arroyos.
La cuenca se divide en dos regiones con elevaciones de 300 m hasta 1,000 m, y
representada por una variación en la vegetación; las partes bajas se utilizan para
pastizales, las altas con bosque. El suelo es en su mayoría ácido debido a la roca
madre. Durante el desarrollo del bosque existe toma de cationes y agua del suelo.
En la misma forma, el follaje de las coníferas generalmente aumenta la carga de
depósitos ácidos filtrados a partir de la atmósfera.
Comentarios.- Este trabajo toma en cuenta el aspecto espacial de identificación
de la cuenca analizada. Dependiendo de las características de la cuenca y la
química del agua se considera que se producen ciertos procesos hidrológicos y
biogeoquímicos. Estos procesos se toman como una respuesta combinada y que
es analizada por los modelos. Sin embargo, no se toma en cuenta el espesor del
suelo ni la estructura geológica presente, como tampoco incorporan un análisis
hidrogeoquímico detallado para definir el comportamiento postulado de los
compuestos utilizados.
36
Zierl B, 2001. A water balance model to simulate drought in
forested ecosystems an its application to the entire forested area
of Switzerland. Journal of Hydrology Vol. 242, pp. 115-136.
En este trabajo se aplica el modelo denominado WAWAHAMO para predecir en
forma diaria, entre otras, el contenido de humedad en suelo, la transpiración, la
evaporación, la intercepción, la cobertura nevada y la escorrentía. Para esto, se
incluyeron modelos de evaporación, transpiración, resistencia estomática, modelos
para determinar procesos fenológicos y balance de radiación. El trabajo concluye
que la ocurrencia de sequía en ecosistemas forestales es controlada
principalmente por condiciones climáticas; sin embargo, si el agua asequible es
reducida por condiciones climáticas, la vegetación y las propiedades del suelo
juegan un papel sustancial disparando la ocurrencia de sequía.
Comentarios.- Los trabajos si bien incluyen un modelo con datos suficientes para
manejar aspectos regionales, se descuida las componentes de evaporación y de
transpiración, las cuales son determinas a través de fórmulas empíricas. El flujo
base (con todas sus componentes) en la escorrentía, y los flujos de entrada y
salida de las sub-cuencas consideradas, requieren ser definidas para validar el
modelo usado y su correspondencia con el prototipo.
37
CONCLUSIONES
Interacción lluvia-escorrentía
En los trabajos asequibles revisados se analiza la relación que existe entre lluvia y
escorrentía cuando existen cambios en el tipo de cubierta vegetal. Se muestra en
general que para una misma cantidad de lluvia en particular, el bosque retiene
hasta un 40% de la precipitación, reduciendo la escorrentía en forma proporcional;
comparativamente la cubierta que permite una mayor escorrentía es la de pastizal,
y la que más respuesta de escorrentía permite es la de suelo desnudo. Respecto a
la respuesta comparativa de escorrentía que este último suelo producirá
dependerá a su vez del manejo que se dé al suelo, el suelo bajo uso de pastoreo
producirá más escorrentía que el suelo agrícola y en este sentido el que menos
cantidad de escorrentía producirá será el barbechado. Atendiendo a lo arriba
indicado, la producción de sedimentos que la escorrentía llevará será
completamente directa. Esto es, para una lluvia dada y en cuencas donde las
condiciones geológicas y de pendiente sean iguales, la cubierta vegetal que
menos sedimentos producirá será la de bosque y la que más aporte de material
sedimentario llevará será la de suelo barbechado.
Sin embargo, se encontraron modelos que evalúan el impacto hidrológico por
cambio en las condiciones superficiales y marcan una relación cuantitativa variable
entre diferentes tipos de cubierta vegetal y escorrentía. Modelos que pueden ser
usados en condiciones climáticas y topográficas disímiles. Es de anotar que la
interpretación de los resultados hecha por los autores se refiere únicamente al
impacto del cambio de vegetación en el flujo superficial, pero existen dudas
conceptuales sobre su capacidad de incorporar infiltración profunda, tanto de
entrada como de salida de la cuenca de interés analizada. Esto condiciona su
utilidad en casos que se requiera conocer el impacto de cambios en la vegetación
respecto a la recarga de flujos regionales de agua subterránea.
Influencia de cobertura vegetal en la lluvia-escorrentía
La bibliografía consultada no marca la relación deseada entre la extensión que
ocupa el bosque y su influencia sobre la cantidad de lluvia que ahí se precipita.
Ciertos estudios más bien consideran, sin fundamentos sólidos, que la presencia
de escorrentía es un indicador de la relación lluvia-bosque, otros lo juzgan desde
el punto de vista de la presencia de manantiales. Por ejemplo, algunos autores
marcan la necesidad de ver el fenómeno como la respuesta a tiempo largo y de
influencia regional, esto es más allá de la delimitación de un parte-aguas (cuenca
superficial) en particular. A esto se debe agregar que la precipitación requiere para
su determinación de un mayor interés debido a que se ha observado que ésta
varía en el espacio, incluso en zonas de reducido tamaño (200x200 m2) se detectó
una diferencia espacial para la precipitación total, entre tormentas individuales e
incluso durante un mismo evento.
38
Aporte de agua subterránea al flujo base de ríos
Un aspecto que fue común denominador en todas las publicaciones encontradas
es la observación, en su gran mayoría, de parámetros superficiales, donde no se
involucra en forma cuantitativa tanto la recarga al agua subterránea como el
aporte de esta agua al flujo base de los ríos involucrados. En general, no se toma
en cuenta el funcionamiento hidrogeológico del agua subterránea, lo que pudiera,
de otra manera, explicar muchas de las interrogantes respecto al flujo base y otras
que a menudo se reconocieron en los trabajos consultados.
Es evidente la falta de incorporar la fenomenología del agua subterránea así como
de su posible influencia en la respuesta de una cuenca dada por el tipo particular
de geología, donde se incorpore la clase de roca o material geológico y espesor
de las unidades involucradas. Se debe reportar que existe una ausencia de datos
que caractericen hidráulicamente (porosidad, coeficiente de almacenamiento,
conductividad hidráulica) el sistema analizado. Desde el punto de vista hídrico es
de apuntar que tampoco se hace mención de las condiciones que permitan que
exista, o no, continuidad hídrica con (sub-)cuencas vecinas. En suma, los trabajos
no incorporan las condiciones particulares del agua subterránea como cuál es la
parte del sistema de flujo que influye en la cuenca considerada, específicamente si
la cuenca analizada se localiza en una zona de recarga, tránsito o descarga.
La cuenca como límite hidrológico y su conexión hidráulica subterránea
Es de gran importancia conocer dónde se encuentra una cuenca dentro del marco
de los sistemas de flujo pues la reacción por alteraciones en el uso del suelo
variarán inmensamente si la cuenca está localizada en una zona de recarga,
tránsito o descarga de agua subterránea y más aún si existe comunicación hídrica
extra-cuenca. En este sentido, la utilidad de los resultados de mediciones directas
puede verse limitada al no tener en consideración la ubicación relativa de la
cuenca respecto a zonas de recarga-descarga de flujos locales o regionales. Lo
anterior se hace evidente al citar los tres casos contrastantes siguientes:
i).- la respuesta observada en el área baja del río Murray, entre los estados de
Victoria y Australia del Sur donde en principio se pensó que cortar los
eucaliptos hacia llover más porque simplemente aumentó la escorrentía y los
niveles del agua subterránea ascendieron vertiginosamente. Sin embargo, lo
que sucedió en realidad fue que los eucaliptos estaban localizados en una
zona de descarga, al ser estos talados, el consumo de agua subterránea que
implicaba su presencia se vio reducido. En otras palabras, la extracción que
hacían los eucaliptos controlaba el volumen de descarga de agua subterránea,
al eliminarse los primeros, el caudal de la segunda se vio en aumento. Desde
otra perspectiva, la aforestación con ciertas especies favorece la extracción de
agua subterránea y por lo tanto la desecación del suelo; esto implica que si se
talan dichos árboles será factible que se pueda volver a recuperar la
escorrentía en una cuenca, aunque el tiempo de respuesta deberá definirse
con claridad.
39
ii).- El llevar a cabo una acción de deforestación en una zona tránsito no produce
cambios en el agua subterránea aunque se reemplace un bosque por pastizal.
Esto fue posiblemente lo sucedido en Suiza, aunque la evidencia se remite a la
respuesta observada por unos 50 años, y se estima que se necesitarán
posiblemente siglos para definir con claridad la respuesta que produjeron los
cambios establecidos.
iii) en general observaciones de estadounidenses parecen coincidir con las de
franceses que afirman que los manantiales y los ríos se secan cuando se
deforesta. Sin embargo, las observaciones no involucraron la cuenca completa,
por lo que se exhibe sólo una parte de los procesos que ocurren. Esto es, se
debe recordar que en Europa la reforestación natural experimentada durante
1320-1460 no dio como resultado la presencia de nuevos manantiales.
Además, se estima que los niveles del agua subterránea descienden por el
efecto de la deforestación ocurrida por cambios realizados en zonas de
descarga (dragado) que permitieron que el agua almacenada fluyera hacia el
mar, a esto se le debe sumar la extracción de agua por medio de pozos
efectuada desde 1870 y efectos del cambio climático. Es importante hacer
énfasis de la necesidad de hacer explícita la respuesta del nivel del agua
subterránea a cualquier cambio en la cubierta del suelo, a fin de conocer la
respuesta integral del sistema analizado.
Interacción vegetación-suelo-atmósfera en procesos hidrológicos
Un aspecto preponderante en varios de los trabajos consultados fue la falta de
integración de la respuesta al sistema hídrico como consecuencia de: i) tipo de
vegetación (edad, tamaño, especie), ii) características del suelo y subsuelo
(porosidad, textura, características químicas), iii) la duración e intensidad de la
lluvia (pequeñas cantidades de lluvia en el tiempo producirán poca cantidad de
sedimentos).
Respecto a la vegetación, su comportamiento en el sistema requiere del
conocimiento de la cantidad de agua de lluvia que intercepta antes de que ésta
llegue al suelo, así como de definir el caudal de agua que consume en su proceso
de transpiración. Sin embargo, la transpiración comúnmente no se mide en forma
directa, se estima por medio de formulas empíricas, las cuales aunque tratan de
incorporar un número de factores como la temperatura ambiental, la latitud, la
humedad, entre otras, no definen el proceso físico que lleva el agua del suelo a la
atmósfera, vía la planta y lo qué esta consume en sus funciones fisiológicas. Por lo
tanto, mientras los métodos que intenten definir esta variable no involucren el
fenómeno físico para la especie vegetal, su edad, tamaño y evolución temporal o
taza de crecimiento y regeneración, los resultados obtenidos no deberán
considerarse de carácter resolutivo. En este sentido, tampoco se recomienda
extrapolar regionalmente cálculos del parámetro obtenido a partir de valores que
fueron determinados en lisimétros, o por medio de mediciones directas, a menos
que se definan las implicaciones por hacerlo. En suma, si bien se hacen cálculos
múltiples para definir la evapotranspiración (o la recarga) es necesario que se
40
presente información que ratifique los cálculos por un método alternativo, esto es,
se requiere validar el modelo usado y su correspondencia con el prototipo.
Las características del suelo y subsuelo (cantidad de materia orgánica, porosidad,
textura, características químicas), afectarán la composición química del agua de
escorrentía; sin embargo, normalmente no han sido evaluadas con la rigurosidad
hidrogeoquímica necesaria para definir los controles particulares y tipo de calidad
de agua que se esperaría. Controles que pueden permitir el posible control de la
calidad asequible. Esto tiene que ver con la definición de los controles geológicos
y químicos de la calidad del agua de cada uno de los sistemas de flujo presentes
en una región particular así como con la influencia del agua profunda y su mezcla
con agua de niveles someros.
Respecto a la duración e intensidad de la lluvia, pocos trabajos abordan lo
importante de estos aspectos como lo manifiestan los modelos utilizados. Esto es,
se aplican comúnmente modelos con cálculos mensuales para las variables
involucradas independientemente de la entrada en campo. Por ejemplo, en el caso
de una precipitación mensual de 150 mm (manteniendo constantes otras
variables), es evidente que la respuesta del sistema natural diferirá si esa lluvia
acaece en un par de días (caso común en zonas áridas) que si se precipitan 5 mm
por día (caso de zonas templadas). Así será contrastante la respuesta producida
en el poder erosivo de la escorrentía generada, esto se reflejará directamente en
la cantidad de sedimento a transportar o la cantidad de agua que se recarga.
Se estima que la filosofía de acción se dirige hacia la definición de cuál es la
variable que predomina en el cambio del proceso hidrológico estudiado, y la
extrapolación de resultados a escala menor (mayor extensión de terreno) o de
mayor escala de tiempo. Esto, de acuerdo a los trabajos consultados, no muestra
la misma correlación que a escala mayor (cuencas pequeñas bien instrumentadas)
y con datos a menor escala de tiempo de los procesos hidrológicos observados.
Se considera que esto es debido a que los procesos predominantes pueden no ser
la variabilidad del suelo o la lluvia o la cobertura vegetal, o el marco hidrogeológico
(especialmente en cuencas con baja permeabilidad), sino la relación entre las
variables en un tiempo dado en que existe un arreglo particular de ellas, lo que
sugiere la necesidad de seleccionar los procesos que pueden ser determinantes a
la escala de espacio o tiempo requerida
Incidencia económica
Los aspectos económicos no fueron un objetivo particular del trabajo desarrollado,
no obstante las conclusiones de los trabajos consultados implican que el
conocimiento de los procesos llevados a cabo por la vegetación permite tener
algunos indicadores respecto a la productividad de madera, la que en casos se
compara favorablemente con respecto a otros productos agrícolas. Esto le da un
uso alternativo más eficiente al agua usada desde el punto de vista económico.
Por ejemplo, en Nueva Gales del Sur (Australia) se encontró que el cultivo de
eucalipto puede ser más favorable por su producción de madera que el cultivo de
41
arroz. Otros dos aspectos que se consideran positivos con el cultivo de los
eucaliptos son la captura de CO2 y la reducción del nivel freático para controlar el
contenido de sales en el suelo.
El agua subterránea y los procesos hidrológicos superficiales
Las implicaciones de suponer, en el mejor de los casos, un marco simple de
referencia para el agua subterránea, o su virtual inexistencia, ha llevado a una
serie de toma de decisiones que ocasionan problemas ambientales graves. Por
ejemplo, el desconocer la presencia del agua subterránea ha implicado aplicar
laminas de riego en exceso para eliminar la salinidad del suelo. El origen de la
salinidad es en muchos casos debido a que la evaporación del agua deja sales
depositadas, el aplicar agua en forma adicional si bien lava el suelo, también
aumenta el caudal de agua filtrada al subsuelo lo que conlleva a una elevación
(adicional) del nivel freático lo que crea un problema mayor de salinidad.
A forma de recomendación
La realización de investigaciones que incorporen al agua subterránea en una
dinámica acorde con el funcionamiento de campo (prototipo) es altamente
recomendable, ya que de acuerdo con lo observado en los estudios revisados, se
consideran imprescindibles, y además se estima que son de bajo costo relativo, si
se comparan con las implicaciones ambientales y sociales de una decisión
precipitada. Sin embargo, requieren de la implementación de una instrumentación
eficiente y de un tiempo adecuado de medición del orden de tres a diez años.
La utilidad de poseer un marco integrador adecuado, puede redundar en la
adecuada definición de: i) los beneficiarios por recarga al agua subterránea, ii) los
beneficiarios de mantener o cambiar un tipo de uso de suelo particular, iii) los
beneficiarios por el manejo hídrico particular de una sub-región del país. Lo
anterior espera a ser determinado con claridad antes de ejercer cualquier tipo de
acción administrativa.
La utilización de indicadores ambientales de las características
físicas que predominan respecto al comportamiento hidrológico
de variables como el flujo de escorrentía o el caudal y control
sobre la recarga, en el marco del funcionamiento de los sistemas
de flujo, permite establecer con mayor claridad la importancia de
la interacción agua subterránea–escorrentía, de manera que se
puedan notar los efectos de la precipitación y de cambios en la
cubierta vegetal en relación con las variaciones en la retención de la
humedad en suelo, los procesos de infiltración al acuífero, aumento en el volumen
de escorrentía, o procesos de sedimentación asociados. Asimismo, debe
resaltarse que la utilización de modelos matemáticos para estimar las relaciones
entre los parámetros y variables hidrológicas involucradas, debe considerar la
42
incertidumbre que existe en los métodos de observación y medición (campo) de
manera tal que si se reconoce la carencia de información directa, su importancia
sea referida a un modelo conceptual apegado a la realidad, modelo que por
definición debe ser simple, y no el más simple.
43
SIERRA GORDA, QUERÉTARO
Parte de los objetivos del proyecto implicaron la aplicación en el área de Sierra
Gorda de Querétaro de los conceptos encontrados en la revisión bibliográfica
respecto a cambios en la recarga al agua subterránea en lugares donde se haya
realizado alteraciones en la cobertura vegetal, en particular de los bosques
(naturales) existentes. Los resultados de la revisión mostraron que usualmente no
se incorpora al agua subterránea en los análisis realizados sobre bosque,
precipitación y escorrentía, por lo que no fue posible aplicar en el área de interés
los conocimientos mostrados en las citas bibliográficas consultadas.
A continuación se presenta un análisis de la información que fue posible incorporar
en el marco del tipo de datos asequibles en el área. Las actividades de
recopilación de información, incluyeron la búsqueda de imágenes de satélite,
bases de datos de características físicas, y cartas del área de estudio,
específicamente se adquirieron:
•
•
•
•
•
•
•
3 imágenes de satélite Landsat de fechas abril y mayo del 2000
cartografía digital de curvas de nivel correspondiente a las hojas F14-7, F148 y F14-11 de las cartas topográficas de INEGI a escala 1:250,000
cartografía digital de vías de comunicación correspondiente a las hojas F147, F14-8 y F14-11 de las cartas topográficas de INEGI a escala 1:250,000
cartografía digital de rasgos hidrográficos de línea y cuerpos de agua, hojas
F14-7, F14-8 y F14-11 de cartas topográficas INEGI a escala 1:250,000
cartografía digital de localidades y zonas urbanas de las hojas F14-7, F14-8
y F14-11 de las cartas topográficas de INEGI a escala 1:250,000
cartografía digital del Inventario Nacional Forestal 2000, de la SEMARNAT a
escala 1:250,000
cartografía digital de los límites del área de Sierra Gorda, mapa de Regiones
Terrestres Prioritarias para la Conservación, CONABIO, a escala 1:250,000
Los mapas 1, 2, 3, 4, 5 y 6 que se realizaron incluyen localización, compuesto de
color de la imagen de satélite, hidrografía, curvas de nivel, uso del suelo, y vías de
comunicación y localidades, respectivamente. A la cartografía digital se le
aplicaron varios procesos de corte para ajustarla a la extensión del área de estudio
y posteriormente de pegado de las cartas individuales para conformar un solo
mapa. Las imágenes de satélite fueron primero corregidas geométricamente
empleando puntos de control terrestre derivados de las cartas topográficas
impresas 1:50,000 de INEGI. Posteriormente se formó un mosaico de tres
escenas y se elaboró un compuesto de color RGB de las bandas 4, 5 y 3.
Considerando los tiempos programados para el desarrollo de las actividades del
presente proyecto, el tipo de datos asequibles así como los resultados de la
búsqueda bibliográfica se decidió realizar un análisis del potencial de
deforestación debido a que este insumo determina claramente aquellas zonas que
44
pueden presentar mayores riesgos de a presentar cambios en su cobertura
vegetal y por tanto a la escorrentía, filtración al agua subterránea (recarga).
Potencial de deforestación
La elaboración de un mapa de potencial de deforestación requiere de tres pasos:
1. La especificación del modelo de potencial de deforestación
2. La preparación de la información necesaria de acuerdo con el modelo
3. El uso de un sistema de información geográfica para manejar dicha
información.
A continuación se describen las características de estos tres pasos aplicados a la
elaboración de un mapa de potencial de deforestación para la Sierra Gorda, en su
porción dentro del Estado de Querétaro.
Especificación del Modelo de Potencial de Deforestación
Es necesario que la modelación de este fenómeno inicie con un modelo general,
para después detallar cada una de sus partes.
El modelo general propuesto se basa en dos aspectos:
•
•
Los factores regionales que promueven la deforestación
Lo asequible de la información sobre estos factores
Los factores que promueven la deforestación son aquellos que tienen relación con
la presencia de asentamientos humanos y con la realización de actividades
económicas en proximidad con el recurso. Dentro de los factores del primer tipo
destacan la ubicación y tamaño de las localidades de población, y del segundo
tipo se tienen la construcción de caminos y la realización de actividades agrícolas.
En general, la relación espacial que guardan estos factores con respecto al
proceso de deforestación es de proximidad. Es decir, en cualquiera de los tres
casos la proximidad al recurso determinará la magnitud del efecto de promoción
de la deforestación que cada uno de ellos presente.
Esto sucede así porque para acceder al recurso y para trasladarlo desde el lugar
donde se genera al lugar donde se le dará uso, es necesario recorrer una cierta
distancia, y esto implica un “costo” (esfuerzo, energía, tiempo, dinero). Este costo
está relacionado también, aunque en menor medida, con un factor puramente
natural referente a las condiciones del relieve: la pendiente o inclinación del
terreno: mientras mayor la inclinación del terreno mayor es el costo de
aprovechamiento del recurso.
Con estos cuatro factores es posible generar un modelo general de potencial de
deforestación de la siguiente forma:
45
PD= PDDL+PDDC+PDDA+PDPT
donde:
PD = potencial de deforestación
PDDL = potencial de deforestación por distancia a localidades
PDDC = potencial de deforestación por distancia a caminos
PDDA = potencial de deforestación por distancia a zonas agrícolas
PDPT = potencial de deforestación por pendiente del terreno.
La operación de adición en el modelo general supone que los cuatro factores
están medidos en la misma escala y unidades. En la realidad sólo los tres
primeros están medidos en la misma forma, mientras que el último se mide en
otras unidades y escala. Por ello, se considera que antes de ejecutar este modelo
se realizará una operación de normalización sobre la información de cada factor.
Aunque el modelo podría mejorar si se incluyese una variable económica tal como
el ingreso per cápita o un índice de pobreza, la información sobre estas variables
no estuvo asequible al momento de realizar este ejercicio y únicamente se contó
con información regional sobre los cuatro factores ya mencionados.
Para cada uno de los cuatro factores se elaboró un modelo específico, como se
explica a continuación.
Potencial de deforestación por distancia a localidades.- El sentido de la
relación entre el potencial de deforestación y la distancia a una localidad es
inverso, dado que mientras menos distancia hay entre los habitantes de la
localidad y el recurso el potencial es mayor, esto es:
PD= 1/DL
donde DL es la distancia al límite de la localidad expresada en metros.
Este efecto de proximidad no es uniforme, ya que decrece rápidamente con la
distancia, esto es, el potencial es mayor para las zonas que están relativamente
cerca del límite que para las que se localizan a una distancia considerable. Por
ello, una forma de estimar adecuadamente este decaimiento del efecto puede ser
el del inverso del cuadrado de la distancia, con lo que el modelo cambia a:
PD = 1/DL2
Como la distancia está expresada en metros, el valor de PD puede llegar a ser
muy bajo por lo que es conveniente escalarlo a un valor superior a 1, y para ello se
puede llegar a utilizar un factor de escalamiento k, para tener un modelo
específico final, de la siguiente forma :
46
PD = (1/DL2) k
El valor de k puede ser estimado a partir del máximo valor resultante del cálculo
de distancias a los límites de las localidades en el área. Si por ejemplo el valor
máximo está en el rango de las decenas de miles de metros, el valor de k será
igual a 100,000 (cien mil), es decir un orden de magnitud más grande que el
máximo.
Potencial de deforestación por distancia a caminos.- El sentido de la relación
entre el potencial de deforestación que ofrece la proximidad a caminos es de
naturaleza inversa. Es decir, a menor distancia a un camino mayor es el potencial
de deforestación, en virtud de que el recurso es más accesible. Esto nos da un
modelo específico de la siguiente forma:
PD = 1/DC
donde DC es la distancia a caminos expresada en metros.
Se consideró que sería conveniente separar este efecto para cada tipo de camino
(camino pavimentado, terracería, brecha), bajo el argumento de que en los
caminos menos transitados (terracería o brecha), el potencial es mayor al existir
menos oportunidad de ser sorprendido en una actividad de tala clandestina, pero
en la realidad esto no sucede, pues los que efectúan la deforestación pueden
hacerlo a una cierta distancia del camino de forma tal de que exista una zona (por
ejemplo una franja de 50 metros a partir del camino) que les proporcione
encubrimiento, sin importar si el camino es pavimentado o no.
Por otra parte, esta última consideración llevaría a suponer que en la zona
inmediatamente adyacente al camino el potencial de deforestación es muy bajo y
que a partir de dicha zona es alto y comienza a decrecer, por lo que convendría
incorporar al modelo esta suposición. Sin embargo, dado que la información y el
propósito del modelo son de carácter regional, donde la mínima distancia que
puede ser medida de forma significativa podría ser de 100 metros, no sería posible
medir una distancia de menos de este valor como franja de protección contra la
detección de actividades clandestinas, por lo que no se incorpora en el modelo.
Este modelo específico toma una forma final cuando se hacen las mismas
consideraciones de decaimiento del efecto de distancia y de necesidad de un
factor de escalamiento como en el caso del factor anterior. Por lo que el modelo
final para este factor es:
PD = (1/DC2) k
47
Potencial de Deforestación por Distancia a Zonas Agrícolas.- Al igual que en
los casos anteriores se tiene una relación inversa entre potencial de deforestación
y distancia al límite de zonas agrícolas, esto lleva a un modelo inicial de la forma:
PD = 1/DA
donde DA es la distancia al límite de las zonas de cultivo, expresada en metros.
Tomando en cuenta las consideraciones de decaimiento y necesidad de un factor
de escalamiento como en los dos factores anteriores, la forma final de este modelo
específico es:
PD = (1/DA2) k
También se consideró la posibilidad de ajustar este modelo dependiendo del tipo
de agricultura que se realiza (riego, temporal con cultivos permanentes, temporal
con cultivos anuales). Se considera que podría haber una diferencia significativa
para el caso de zonas de agricultura de temporal con cultivos anuales con
respecto a los otros dos tipos, bajo el argumento de que este tipo de agricultura
agota más la fertilidad del suelo por lo que es necesario expandir la frontera
agrícola más frecuentemente que para los otros dos tipos, y que además algunos
cultivos de este tipo de agricultura pueden hacerse en pendientes normalmente
más fuertes que en los otros dos casos. Sin embargo, nuevamente, la escala
regional del modelo no permite hacer una distinción espacial que refleje esta
diferencia de forma significativa en el mapa resultante del modelo, dado que esta
diferenciación se tendría que notar sobre todo en las áreas más cercanas (dentro
de los primeros 100 metros, por ejemplo), lo cual no es posible dado que el
tamaño de la mínima unidad que puede ponerse en un mapa es una porción de
terreno de 100x100 m2.
Potencial de deforestación por pendiente del terreno.- La pendiente también
guarda una relación inversa con el potencial de deforestación: a menor pendiente
mayor potencial. Luego entonces el modelo inicial es de la forma siguiente:
PD = 1/P
donde P es la pendiente del terreno, en grados de inclinación.
Aquí, el decaimiento del efecto de la pendiente no depende de ninguna distancia.
Puesto que el papel de la pendiente es de incremento en el esfuerzo necesario
para acceder y trasladar el recurso, un estimador del incremento de este esfuerzo
con el incremento de la pendiente puede ser el de tomar el logaritmo de base 2 del
inverso del ángulo de la pendiente. Esto implicaría que el esfuerzo se multiplicaría
en proporción al cuadrado del ángulo. A este modelo se le deben hacer dos
correcciones numéricas. La primera se refiere a la imposibilidad de calcular un
valor en donde la pendiente es igual a cero, es decir la expresión 1/0 no es
48
calculable. Por ello la corrección recomendada es sumar una pequeña cantidad al
valor de la pendiente cuando ésta es igual a cero. La segunda corrección se
refiere al hecho de que el cálculo del logaritmo de base 2 arroja valores negativos,
por lo que es conveniente desplazar la escala de valores para que sean positivos.
Esto último se logra sumando el absoluto del mínimo valor negativo resultante a
todos los valores calculados. La forma final de este modelo es entonces:
PD = Log2(1/P+0.1) + ABS|min(Log2(1/P+0.1))|
Preparación de la información requerida por el modelo
Se obtuvo la información inicial a partir de la cual fue posible derivar la información
de los modelos específicos, para cada uno de los cuatro factores del modelo
general. La información inicial consistió en:
•
•
•
•
un modelo digital de elevación, escala 1:250,000 (tamaño de celda, 100 m)
mapa de uso del suelo del área de estudio, a escala 1:250,000 (Inventario
Nacional Forestal, 2000)
mapa de caminos del área de estudio, escala 1:250,000 (cartas
topográficas de INEGI)
mapa de localidades (centros de población) del área de estudio (Marco
Geoestadístico, 1995) con datos del Conteo de Población para 1995.
A partir de estos mapas se pueden derivar los siguientes mapas de insumo que
serán básicos para lograr definir el modelo:
•
•
•
•
•
•
mapa de pendientes del terreno en grados de inclinación
mapa de zonas agrícolas (se consideró los tres tipos de agricultura
existente)
mapa de distancias a zonas agrícolas.
mapa de bosques y selvas de la región (se consideró todos los tipos de
bosque y selva existentes)
mapa de distancias a caminos
mapa de distancias a límites de las localidades.
Para generar este último mapa se necesita hacer un mapa previo en virtud de que
en el mapa original de localidades están representadas por puntos y no por áreas
(pues por ejemplo en el área de estudio sólo se tienen unas cuantas zonas
urbanas derivadas del mapa de uso del suelo y vegetación). Por ello, es necesario
elaborar un mapa de localidades donde éstas están representadas por círculos
cuyo diámetro está en función del número de habitantes. Se encontró que un buen
estimador del tamaño de una localidad es la siguiente expresión:
TL = (Log2 Pob * 100)/2
49
donde,
TL = tamaño de la localidad en metros
Pob = número de habitantes de la localidad
Se compararon los tamaños de los círculos resultantes con los de algunas áreas
urbanas con cuya información se contó y se encontró que si bien existe una
sobreestimación de aproximadamente 25% en cuanto al área, el ajuste dado por la
estimación es muy bueno con respecto al tamaño considerado, siendo el error
promedio de menos de 10%. Estos mapas se combinaron de acuerdo con el
modelo considerando las adecuaciones del mismo realizadas en el último paso.
Uso de un SIG para generar escenarios de potencial de deforestación
Además de derivar los mapas que implican cada uno de los modelos específicos,
se empleó un SIG para estandarizar los valores obtenidos en cada modelo de
forma que todos ellos tuvieran las mismas unidades y escala de medición.
El escalamiento se hizo mediante funciones de utilidad que en el caso del factor
Pendiente del Terreno correspondió a una función lineal con valores límite de 0 y
10. Estos valores continuos se transformaron a valores discretos simplemente
agrupándolos en nueve clases de potencial de deforestación (de 1 a 10).
Para los otros tres factores se siguió un procedimiento similar, excepto que la
función de transformación a valores discretos de potencial de deforestación se
hizo con una función tipo “step” desigual, donde para los valores continuos de 0 a
0.9 se asignaron valores de clase entre 1 y 8, y para la clase con valor de 9 se
consideraron los valores continuos desde 0.9 a 10.
Antes de proceder a la aplicación del modelo general con los mapas obtenidos de
este proceso de estandarización, se evaluó la posibilidad de asignar pesos a cada
factor. La necesidad de estos pesos es evidente cuando se considera que la
influencia de cada factor en el potencial de deforestación no es la misma en todos
los casos. En general se consideró que los factores relacionados con la
proximidad al recurso tienen un mayor peso que la pendiente, toda vez que se
observa en todo el país zonas deforestadas en un amplio rango de pendientes del
terreno. Esto quiere decir que este factor no tiene una influencia tan determinante.
Para la asignación de pesos se recurrió a la técnica conocida como AHP (Analytic
Hierarchy Process) de evaluación de múltiples criterios, con la participación de dos
investigadores del grupo. El resultado de la aplicación de esta técnica consistió en
una serie de pesos (cuatro, uno para cada factor) normalizados, en una escala de
0 a 1. Mediante esta técnica fue posible generar varios escenarios de ponderación
basados en la importancia relativa de cada factor con respecto a los demás. Para
cada escenario se manejo una argumentación detrás de la ponderación. Aquí sólo
se describen los escenarios 1 y 4 (ver mapas de escenarios 1 y 2 anexos) por ser
los más extremos.
50
Escenario 1 de Potencial de Deforestación.- Habiendo definido que la pendiente
es el factor que tiene el menor peso, se determinó que el factor con mayor peso es
la distancia a las localidades por conjugarse dos efectos: uno relacionado con la
proximidad de la población a los recursos, y el otro relacionado a la existencia
permanente de población. Esto último no sucede con los dos factores restantes
(distancia a caminos y distancia a zonas agrícolas) en donde la presencia de
gente es ocasional.
Por esta razón, los dos últimos factores recibieron un peso menor que la distancia
a localidades. De entre estos dos, se determinó que en este escenario se
supondría que la existencia de un camino brinda una mayor accesibilidad al
recurso, mientras que en el caso de las zonas agrícolas esta accesibilidad es
menor por no existir caminos y porque la presencia de gente es todavía menor que
en los caminos. Es decir, en general, en el caso de zonas agrícolas sólo los
agricultores tendrían acceso al recurso mientras que en los caminos la
accesibilidad existe para una gran diversidad de personas con distinta actividad.
Los pesos derivados de este ejercicio quedaron como sigue:
FACTOR
Distancia a localidades
Distancia a caminos
Distancia a zonas agrícolas
Pendiente del terreno
PESO
0.551
0.274
0.131
0.044
La suma de los pesos es igual a 1.
Estos pesos se emplearon en un sistema de información geográfica para ponderar
los valores estandarizados de potencial de deforestación de cada factor y generar
el primer escenario (Escenario 1).
Escenario 4 de potencial de deforestación.- Este escenario también considera
que el factor de menor peso es la pendiente del terreno bajo el argumento
mencionado anteriormente. También se conservó al factor de distancia a
localidades como el de mayor peso, si bien su valor disminuyó. Para los factores
de distancia a caminos y distancia a zonas agrícolas, se determinó que tendrían
un peso similar pues si bien los argumentos del Escenario 1 se mantienen, existe
otro argumento que contribuye a dar una mayor importancia a la proximidad a
zonas agrícolas y que está relacionado con el hecho de que en estas zonas la
presión derivada de la misma actividad lleva de forma natural a expandir la
frontera agrícola cada vez más.
Los pesos de este escenario son como se muestra en la tabla siguiente.
51
FACTOR
Distancia a localidades
Distancia a caminos
Distancia a zonas agrícolas
Pendiente del terreno
PESO
0.447
0.255
0.255
0.042
La suma de los pesos es igual a 1.
Estos pesos se emplearon en el sistema de información geográfica para ponderar
los valores estandarizados de potencial de deforestación de cada factor y generar
un último escenario (Escenario 4).
NOTA
Este trabajo se llevó a cabo en el periodo comprendido entre el 18 de septiembre al 17 de diciembre del 2002.
Sus alcances marcan únicamente el estado del arte en cuanto a metodologías para evaluar la relación entre
cobertura vegetal, escorrentía, precipitación. Asimismo indica los factores básicos a considerar relacionados
con el agua subterránea en territorios por analizar; recurso que es comparativamente más importante respecto
a cualquiera de las fuentes superficiales. Por lo que los análisis que tengan por objeto estimar los servicios
ambientales respecto al recurso hídrico deberán entender e incluir el funcionamiento del agua subterránea.
52
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA*
* Estas fichas bibliográficas representan el total de los trabajos cuyo resumen se revisó para ver la
pertinencia de su contenido con respecto a los objetivos del proyecto. Debido a la relevancia de
algunas de ellas, se seleccionaron (en negritas), se analizó su contenido, y realizó un resumen
para cada uno de ellos, los que se presentan en el apartado "discusión de artículos de relevancia".
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61
ANEXO 2
Copia de artículos relevantes
I
ANEXO 1
Mapas de Sierra Gorda, Querétaro
II