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La simulacion de lluvias : aplicacion en estudios de conservacion de suelos
derivados de materiales volcanicos de Costa Rica
Article · January 1995
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Alex Lázaro Tineo Bermúdez
Universidad Nacional San Cristóbal de Huamanga
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LA
SIWv~CION
DE LLUVIAS
Aplicación en estudios de conservación
de suelos derivados de materiales
volcánicos de Costa Rica
por
Jean Collinet
A1ex Tineo Bermtl.dez
7 colaboración de
Jean Asseline
Donald Kass·
Proyecto RENARM/CUencas
CATrE Turrialba (Costa Rica)
DEC/UR24 OR5TOH París (Francia)
junio de 1995
1
Plano
1. INTRODUCCIóN .. ¿POR
LLUVIAS?
2. EL
QU~
SIMULAR
M~TODO
2.1. EJ. simulador de lluvia
2.2. Protocoles experimentales
2.3. Información generada
3. PRIMERAS SIMULACIONES DE LLUVIAS
EN COSTA RICA
3.1. Melanudands de San Juan Sur
Udividrands del volcán Irazó
3.3. Interpretaciones
3.2~
4. CONCLUSIóN, APLICACIONES y LIMITACIONES
2
1. ¿POR QUÉ SIMULAR LLUVIAS?
Simular lluvias es una operación interesante para obtener
numerosos parámetros físicos de los suelos, útiles para orientar
correctamente su manejo y conservación.
Simular lluvias permite obtener más
rápidamente estos
parámetros que bajo lluvias naturales, ya que se debe esperar, a
menudo, más de 6 meses en las zonas secas.
Los parámetros útiles pertenecen a tres categorías que son:
- las
y/ más que
capacidad
(acetato 2
de los caracteres hidricos internos del depósito-suelo
todo, de la parte del agua entre la porosidad total y la
al campo que corresponde al drenaje por gravedad,
sobre la composición volumétrica de suelos de Tuis)
las
características
hidrodinámicas
tal
como
su
conductividades superficial saturada (1 diapositiva enseñando
varias· conductividades hidráulicas en Africa del Oeste) que
dependerá no tanto de la textura del suelo, como de la organización
de los elementos en varios tipos de estructuras y porosidades desde
la superficie del suelo, o de la transición entre los diferentes
hor Lz ont es del suelo / (2 d i spoe i t ive s enseñando l emi aee del qede« de
suolo con encostrc.~jento5 y láminas arcillosas enterradas)
- los diversos componentes de la erodibilidad del suelo, que
combinan sus efectos para producir la erosión general de los suelos
naturales o de las tierras cultivadas / eso bajo los efectos de
var ios
tratamientos
ovar ias
condiciones
topográf icas /
(1
diapositiva de la movilización inicial de la tierra,
con
encostramientos . . )
La simulación de lluvia permite considerar los numerosos
parámetros que mezclan simultáneamente sus efectos durante una
lluvia natural (intensidad, duración, altura de la lluvia) y así
facilitar todas las interpretaciones ulteriores.
Permi te
respetar
las
caracter ísticas
de
los
procesos
naturales, entre ellos, una infiltración bajo una carga de agua de
algunos milímetros, es decir, idéntica a la de las lluvias
naturales.
Por fin / se puede elegir y simular:
lluviosos y / (ii) dado que el sistema de
seleccionar situaciones representativas del
desarrollará más en el capítulo "protocolos
(i) numerosos eventos
simúlación es móvil,
suelo, aspecto que se
experimentales".
3
2) EL MÉTODO
2.1. El simulador de lluvias
Concepción
El equipo es concebido:
(i) para simular lluvias con intensidades, duraciones, láminas
de lluvia variables pero siempre controladas sobre una parcela
experimental,
(ii)
para recuperar y medir
los flujos
hídricos del
escurrimiento así como las cargas sólidas de estos flujos.
(acetato 3 del esquema del mini-simulador de lluvia)
Descripción y funcionamiento
El agua proviene de un tanque, o de otras fuentes de agua, la
cual es bombeada bajo una presión controlada hasta el sistema
aspersor suspendido en la parte alta de una torre metálica de 3,5m
de alto.
Este sistema aspersor . (motor de la cabeza de aspersión y
maleta electrónica) permite obtener todos los rangos y todas las
asociaciones de inte~sidades entre 18mm.h-l y 130mm.h-1, por medio
de la variación del ángulo de aspersió~ al nivel de la parcela
(acetato 4 del principio de variación de las intensidades).
La parcela tiene una superficie de 1 metro cuadrado delimitada
por un marco metálico.
Se mide el escurrimiento a la salida de la cuneta de la
parcela, esta medida puede obtenerse por un registro limnigráfico
continuo y automático o por tomas de muestras de aguas de volumen
y duración conocidos, con un operador que tiene una probeta y un
cronómetro.
Se mide las cargas sólidas de la eros ion reagrupando algunas
muestras del agua escurrida de la cual se conoce el caudal y el
tiempo de la toma.
El material anexo incluye:
- una bomba de agua eléctrica, y una bomba térmica
- una planta eléctrica (entre 2,5 y 4 KVA)
una bateria de 12 voltios para alimentar la maleta
electrónica y la cabeza del simulador,
- varios manómetros,
más abajo del sistema de as pe r s i on hay un sistema de
recuperacíon del agua en exceso para no gastarla en las regiones
secas y r iegar unicamente lo necesar io del agua fuera 'de la
parcela,
5 marcos complementarios para instalar los otros si tios
experimentales y ganar tiempo,
- un manteado sobre la torre como protección contra vientos
excesivos (diversas diapositivas).
4
2.2. Protocolos experimentales
Se intenta respetar, lo más posible, las características
climáticas de la reglan de los ensayos y, entre ellas, las
características de los eventos lluviosos reales. Por eso se prepara
cada misión por un estudio preliminar de las recurrencias de las
lluvias, generalmente por épocas de retorno de 2, 5, 10 años para
obtener
las duraciones
real~s
de
los
chaparrones de cada
intensidad.
Por ejemplo, en la región de Turrialba se puede observar las
relaciones intensida/duración que siguen (acetato 5 del cuadro I)
Cuadro 1:
Regiones de Turrialba y Pacayas, intensidades
máximas para dd f e r'ent.es duraciones y intervalo de retorno
(según Amezquita 1974 citado por A. Tineo Bermúdez)
Interval
de retorno
(años)
Duración (min. ) y
Intensidades máximas {mm.h-l}
10
15
30
60 min
5
Localidades
(y altitud)
--
.'
5
5
10
10
50
50
158
135
185
139
275
149
122
116
143
126
215
147
101
lOe
120
107
180
126
77
76
85
85
125
100
50 mm.h-l Pacayas 1850m 1
_.
S4
Turrialba 650m
57
Pacayas 1850m
60
Turrialba 650m
88
Pacayas 1850m
Turri'alba 650m
73
En . lo que se refiere en la elección de las situaciones
experimentales, todo va depender del problema que se debe tratar.
Se puede probar:
- los comportamientos hidricos y erosivos de varios tipos de
suelos asociados dentro de una toposecuencia, o algunos suelos
representativos de una cuenca hidrológica,
los efectos de varias técnicas culturales y de varias
coberturas vegetales (hasta unos 2,5 metros de altura),
- por cada situación experimental, los efectos de
varios
~stados: de desecación del suelo (se utiliza generalmente el tiempo
de
"descanso"
de
la
parcela
entre
dos
lluvias
simuladas
consecutivas),
los efectos de varias pendientes (el simulador puede
trabajar correctamente hasta 40% de pendiente con la utilización de
marcos especiales).
5
2.3. Informaciones generadas
La simulación de lluvia sobre una parcela experimental provee
dos tipos de información: (i) la que trata de la bidrodinámica
( ii) la que concierne a la erosié>n,L
2.3.1. Hidrodinámica
(acetato 6 de un hidrograma teórico)
En lo que se refiere al aspecto "hidrodinámica", el diagramo
llamado "hidrograma" del acetato nQ6 presenta el ortótipo de lo que
se puede registrar a la salida del canal de la parcela.
Este
hidrograma
de
escurrimiento
presenta
4
fases
características que son:
(i)
la fase
1 de "imbibición" o "preliminar",
sin
escurrimiento porque la intensidad general de infiltración
F
(mm.h-1) del suelo de la parcela es más elevada que la intensidad,
constante, de la lluvia simulada I (mm.h-1). Al final de esta fase,
se puede observar, en la superficie, algunos charcos
(5 = stock superficial del agua (mm) a causa de las dismi~uciones
locales. de la infiltrabilidad. No ha] comunicación con el canal po~
lo que no se observa ningún escurrimiento. Durante este fase se
puede medir la altura de la lluvia de imbibición Pi (mm) que se
infiltra totalmente.
(ii)
fase 2 de "instauración de los escurrimientos", o fase
de transición", algunos flujos de aguas empezan comunicar con el
canal, hay escurrimiento con un caudal creciendo porque empiezan
algunas saturaciones hidricas superficiales al nivel de los
charcos. La intensidad general de infiltración de la parcela se
hace poco a poco más débil que la de la lluvia. Una parte del agua
de los charcos vierte en el canal, y se llama lámina de detención
superficial movilizable por el escurrimiento Inn (mm). Ya se puede
entender
que
el
stock
S
de
la fase
1
sin escurrimiento
y
la
detención Inn de las fases con escurrimientos crecen en relación
directa con la rugosidad de la parcela,
(iii) fase 3 del "régimen constante del escurrimiento" ,
durante
esta fase toda la Superficie de la parcela participa al
escurrimiento porque ella queda cubierta por una lámina continua de
agua (dDm/dt
O), así se produce, una ponderación entre las
diferentes infiltrabilidades locales de la parcela para obtener, al
nivel del canal, una i~tensidad de escurrimiento maximo y constante
6
Rx
(mm.h-l) a la cual corresponde una intensidad de infiltración
mi.n ima y constante
Fn (mm. h-l)
estos caudales se mantendrá.n
cons t an t e s : (i) si la intensidad ele lluvia simulada I mm.h-l se
mantiene constante, (ii) si la estructura superficial del suelo no
se modifica de manera que mantiene una conductividad hidráulica
saturada constante durante la lluvia simulada.
(iv)
fase 4 del "vaciado", inmediatamente al final del
aguacero simulado se produce, sobre la parcela, una partición de la
llamada
lámina Dm
entre el agua que continúa escurriendo,
"detención
superficial
recuperable"
Dr
(mm)
la . lámina
de
infiltración que continúa infiltrandose Li (mm) y una disminución
del nivel de la lámina contenida en los charcos superficiales
(Stu-Stf, (mm)) e n t r e e 1 tiempo al final de la lluvia tu y el
final del escurrmiento
tf.
Así, la única altura de lámina de agua
que se puede medir es la detención superficial recuperable
Dr.
Los
parámetros Dm y Dr son interesante de medir o calcular para
relacionarlos con las características superficiales de las parcelas
y, entre ellas, la rugosidad.
2.3.2. Erosión
(acetato 7 de un ·turbidigrama teórico así que del solidigrama
correspondiente)
En lo que se refiere a los procesos de la erosl0n, se puede
adoptar el mismo tipo de análisis siguiendo las diferentes fases de
movilización de la tierra simultáneamente a las fases del
escurr imiento ident if icadas anter iormente. Tomando muestras durante
las 3 fases del escurrimiento se puede seguir la evolución de las
cargas sólidas
(g.L-l) por tipos de eventos y de situación. El
registro durante los escurrimientos de esta evolución de la carga
sólida se llama "turbidigrama".
La multiplicación de esta carga sólida por el caudal del
escurrimiento leído sobre el hidrograma permite calcular y dibujar
un "solidigrama" que es el registro de los caudales sólidos por
unidad de superf icie Q501. (g. sec-l. ha-l) cuya integración permite
e
obtener
la
"movilización
inicial
de
tierra"
HIT (kg
toneladas.ha-l), componente preliminar de la erosión general.
o
Los
turbidigramas
pueden presentar vari.os
aspectos
(1
diapositiva de la evolución de los turbidigramas y su tipologia)
con relación a las características de resistencia del suelo
(estabilidad de los agregados naturales o terrones de labranza) así
7
como
de
las
de
su
protección
(mulch,
cobertura
vegetal,
pedregos idad, espesor ele la lámina Dm) .
Existen así reales posi~ilidades de construir una tipología de
las evoluciones de las cargas sólidas por tipos de suelos,
tratamientos culturales, tipos de coberturas, pendientes.
2.3.3. Resumen de las informaciones esenciales
En resumen, las informaciones esenciales obtenidas al final de
cada uno de los protocolos son:
Informaciones directas
1 (mm.h-1) = intensidad de la lluvia simulada
tu (min) = tiempo de la lluvia útil
ti (min) = tiempo al inicio del escurrimiento
tf (min) = tiempo al final del escurrimiento
Pu (mm) = 1 x tu = altura de la lluvia útil
Pi (mm) = 1 x ti = altura de la lluvia de imbibición
Lr (mm) = lámina escurrida
Dr (mm) = detención superficial recuperable (parte del
escurrimiento medida después del fin de la lluvia)
W o Li (mm) = Pu - (Lr + Dr) = lámina infiltrada
Rx (mm.h-1) = intensidad máxima del escurrimiento
Fn (iT\m.h-l 1 = 1 - Rx = j.ntensi~féid rn n í.rae de .i nf i Lt r ac i óri
Cs (g.l-l) = pico de la carga sólida, o turbidez
Cx (g.l-l)
carga sólida durante el regimen constante Rx del
escurrimiento
í
=
Informaciones procesadas
Kru (%) = Lr + Drj100Pu = coeficiente de escurrimiento
11 (mm.h-1) = intensidad límite de la lluvia que provoca los
primeros escurrimientos = abscisa al inicio de la recta
R
f(r) o intersección de la recta Fn
f(r) con la
bisectriz Fn
1
HIT (g.m2-1 o t.ha-l) = movilización inicial de la
tierra
componente "splash" de la erosión general ERO
(sin o casi sin la parte "ABRA" ligada con el abrasión
del flujo de escurrimiento)
HIET (kg.ha~1.mm-1) = movilización inicial especifica de la
tierra = HIT/Pu.
=
=
=
=
8
3. PRIMERAS SIMULACIONES DE LLUVIAS EN COSTA RICA
La
problemática
general
de
los
ensayos
estaba una
caracterización de los comportamientos hídricos y erosivos de las
coberturas edafologicas de los vertientes del importante macizo de
los volcanes Irazú y Turrlalba.
Ya tenemos informaciones en lo que se refiere a los
Melanudands arcillosos de rio abajo cerca de los valles y de los
Udivitrands arenosos rio arriba, cerca de la cumbre. Faltan otras
informaciones sobre algunas coberturas intermediarias de los cuales
comportamientos serán ulteriormente probados.
Presenteramos, con algunos hidrogramas y turbidigramas
ciertos comportamientos típicos de los medios experimentales.
Enseñaremos la manera de extraer de estos gráficos las
informaciones esenciales lo que permitará algunos comentarios sobre
las situaciones especificas de los dos ensayos.
3.1. Comportamiento de los Melanudands
de San Juan Sur
(acetatos 8,
9, 10, 11, 12, 13)
Cuadro 11: 5 situaciones experimentales de los Helanudands
de San Juan Sur, pendientes #31%, 1m lluvias # 60mm.h-1
JUAN01,
JUAN02,
JUAN07,
JUAN25,
JUAN29,
desnudo,
desnudo,
sistema agroforestal,
100% pastos,
80% maíz,
SPu
mm
JUANOl
JUAN02
JUAN07
JUAN25
JUAN29
60,8
20,3
62,3
41,0
41,0
Pi
mm
19,5
1,0
5,4
8,2
6,2
Rx
mm.h-1
40
47
6
24
22
ta
ta
ta
ta
ta
max. ,
1m
20min. , 1m
max. ,
1m
max. ,
1m
max. ,
1m
SLr
mm
SLi
mm
22,8
14,2
5,0
11,0
11,5
37,9
6,1
57,3
30,0
29,5
= 60,8mm.h-1
= 60,8mm.h-1
= 60,8 mm.h-1
= 61,3mm.h-1
=
60,Omm.h-1
Kr
%
HIT
t.ha-1
37,6
70,1
8,0
27,0
28,1
3,86
2,44
0,00
0,04
0,06
9
3.2. Comportamientos de los Udividrands
del volcán Irazú (finca Retes)
(acetatos 14,
15, t
s.
17, 18)
Cuadro 111: 4 situaciones experimentales de los Udivitrands
del lrazú, pendientes #34%, 1m # 60mm.h-l y variables
RETES16,
RETES04,
RETES22,
RETES12,
100% pastos,
desnudo,
100% pastos,
desnudo, .
SPu
mm
RETES16
RETES04
RETES22
RB'fRS12
42,9
60,3
60,3
75,6
ta
ta
ta
ta
max. ,
1m
max. ,
1m
30min.,lm
30min. ,1m
= 59,9mm.h-l
= 60,3mm.h-l
= 30, 60, 90,
= 30, 60, 90,
Pi
mm
Rx
rnm.h-l
SLr
mm
SLi
mm
8,0
23,0
3,5
47
14
21 48
83 110
Es 38
70 103
24,6
4,3
51,6
18,3
56;0
8,7
5,3
120mm.h-l
120mm.h-l
Kr
%
57,4
7,1
85,6
HIT
t.ha-l
0,00
3,10
0,01
I
50,0
¿5,5
66,0
i12~,801
3.3. Interpretaciones
3.3.1. Efecto del tiempo de descanso en los Helanudands
de San Juan Sur,
La comparación entre las lluvias JUANOl y JUAN02 caídas sobre
los Melanudands muy arcillosos de San Juan Sur (50 hasta 70% de
arcilla) permi t.e poner de manif iesto el efecto del tiempo de
desecación del suelo entre dos lluvias consecutivas:
~. hay un aumento nítido del escurrimiento por disminución
de la infiltrabilidad general de la parcela desnuda.
Esta
.disminución viene de la saturación del depósi to-suelo en sus
~rimeros horizontes y tal vez de la disminución de la conductividad
saturada de los primeros milímetros del suelo a c au s a de la
formación de una costra (poco visible con una observación
macroscópica, interés de hacer una lámina delgada de suelo),
- este aumento del escurrimiento entre la primera y la
secunda lluvia es ligada con las modificaciones de los regímenes
asociados siguientes: (i) en la fase 1, disminución drástica de la
10
Pi
a 1 tu r a de
q ue p a s
ó
del 9 5mm a l , Omm ,
¡
rapida del escurrim.:ento constante
Rx
(i i)
in s t a u r a ción má s
durante la fase
II,
(iii)
aumento nítido de este caudal constante Rx que pasó de 40rnm.h-l a
47mm.h-l en la fase II~.
- de esta manera el coef iciente de e s cur r imiento Kr
pasó de 37,6 a 70.1 %,
- las cargas sólidas son fuertes y bastante semejantes en
las dos lluvias (e # 3, Og. L-1), el turbidigrama casi sin pico,
presenta una movilización continua de los agregados superficiales
sin acción protectora de la lámina de la detención superficial
movilizable
porque ella se mantiene poco espesa,
- la conjunción de fuertes cargas y caudales dan una
movilización inicial específica de la tierra MIET fuerte que pasó
de 63 a 118 kg de tierra movilizada por milímetro de lluvia caída
por hectárea (kg.mm-l.ha-1).
Inn
3.3.2. Efecto de las coberturas vegetales en los Melanudands
de San Juan Sur
La comparación de los efectos de tres coberturas vegetales
diferentes es posible después de la primera lluvia (ta
max.) con
el ana s s de los hidrogramas y t ur b i.d i cr amas de JUANO 7 con :
~obertura agroforestal (callejón de Erytrina y maíz), J0AN25 (100%
de pasto), JUAN29 (maíz conSO% de cobertura):
(i) se observa una fuerte disminución del escurrimiento ( Kr
a%) en las parcela agroforestal a causa de una fuerte
interceptación de la lluvia por las estructuras vegetales (hojas
horizontales) de la Eritryna, los escurrimientos empiezan bastante
temprano después de 5 minutos (Pi = S,4mm) pero sus caudales de
=
í
í
í
=
regimen constante se mantienen muy limitados con ( FtK = 6,Omm.h1). La movilización inicial de la tierra es indetectable (MIT =
0,00). Este sistema favorece altamente la infiltración.
(ii)
los
comportamientos
hídricos
y
erosivos
de
las
situaciones que resultan de las lluvias JUAN25 (100% pastos) y
JUAN29 (80% maíz) son bastante similares con Kr de 27 y 28,0%
resul tando de alturas
Pi y regímenes Rx muy vecinos (Pi = 8,2 Y
b,2mm y Rx == 24 Y 22 mm.h-1). Ambas situaciones dan erosiones
·débiles (MIT de 40 y 60 kg.ha-1) más limitada por una movilización
insignificante de sus cargas sólidas que por los escurrimientos que
adquieren importancia.
11
3.3.3. Efecto del manejo de los Udivitrands de los altos
del volcán Irazú
A partir de 103 2200m, una parte de las selvas qU8 ocupaban la
cumbre del volcán Irazú fueran parcialmente, y desde bastante
tiempo, reemplazadas por pastizales y algunos cultivos (hortalezas,
fincas de semillas etc .. ). Los Udividrands arenosos « 7% arcilla),
masivos pero poco cohesivos, se han desarrollado sobre las capas
más jóvenes de las cenizas d~l Irazú.
Se nota una fuerte
heterogeneidad
vertical
de
los
materiales
parentales
(granulometria, antiguos horizontes superficiales enterrados o
cocinados por algunas fases eruptivas).
Sobre ellos,
la simulación de lluvia ha revelado dos
comportamientos fundamentalmente diferentes entre los ocupados por
pastos y los desnudos, preparados por algunos cultivos:
( i ) RETES16 (pasto) y RETES04 (desnudo), después de una
primera lluvia de # 60,Omm.h-1 de intensidad sobre un suelo fresco
(ta = max # 66% de la capacidad del campo) muestran las reacciones
siguientes:
contrariamento a lo generalmente admitido los past~~
generan escurrimientos muy importantes con un coeficienteKr de
57,4 % proviniendo de la conjunción de Pi débiles (solamente 4
minutos da t i ernpo p r s Lí.m.ina r ) . de una í.ns t aur ac i ón bas t ant e r-ápida
de un caudal constane Rx bien elevado (Rx -= 47, Ornm . h-l ). La
protección total del suelo por las hierbas y un tejido radicular
denso no permiten ninguna movilización de tierra,
. sobre las arenas de los Udivitrands desnudos (RETES04),
la inf il tración se mantiene importante durante toda la primera
lluvia, lo que resulta de la conjunción de altas
láminas Pi
(23mm)
y bajos caudales
cobertura
vegetal
(3 ,10t. ha-1)
lo
y
que
de
Rx
sus
(14mm. h-1).
raíces
provoca una
la
MIET
Sin protección de
HIT
de
adquiere
la
relevancia
51, 4kg. ha. mm-1.
Esta
es
movilización es ligada con cargas sólidas
muy importante
(#15g.L-1), únicamente limitada por los debiles escurrimientos.
( ii) RETES22 (pastos) y RETES12 (desnudos) después de una
lluvia con intensidades variables entre 30 y 120mm.h-1 sobre suelos
húmedos (ta = 30min) muestran las reacciones siguientes:
efectos nítidos del aumento de la energía de las
lluvias sobre la movilización de las tierras desnudas con aumentos.
proporcionales de las cargas es con los de la intensidad, (20 hasta
45g.1-1 ¡y un pico de 55 g.L-l!,
la protección ofrecida por los 2astos se mantiene
eficaz incluso para las más fuertes intensidades de la lluvias,
. los escurr imientos sobre pastos se mantienen muy fuertes,
12
los e s cu r r imientos anteriormente débiles sobre los
suelos desnudos aumentan de manera importante después de la
saturación hídrica de los horizontes superficiales.
3.3.4. Hipótesis de trabajo
Si la comparación de todos los comportamientos de las
coberturas edafológicas del macizo de los volcanes Turrialba y
Irazú es prematura porque se debe completar las experimentaciones,
ya se puede notar, por lo menos, tres puntos útiles para orientar
las estudios que seguirán.
A)
Los
fuertes
escurrimientos de
los Udividrands con
pastizales de los altos del macizo provendrían de una hidrofobia de
los horizontes vegetales (hierbas y sus raices), hidrofobia que
resulta probablemente de procesos de tensioactividad, al interfase
agua/vegetal, por compuestos presentes sobre estos vegetales de
altitud (ceras y otros compuestos orgánicos). Así se mantiene una
acumulación de aire en los tejidos radiculares que juega el papel
de un tapón contra la infiltración. La comparación de los gráficos
RESTE16 y RETES04, con el mismo tiempo de desecación y misma
intensidad de lluvia, constituye una buena verificación de esta
hipótesis, porque se observa un aumento inmediato de la intensidad
de infiltración cuando se quitó los pastos y sus raíces. Al nivel
de la vertiente del velcáe este comportamiento de los pastos de
altitud explica q~G las eEcurrimientcs pueóen aparecer muy cerca de
las cumbres del volcán. Sería una de las razones, con la conjunción
de fuertes tormentes, de las inundaciones catastróficas en los
valles de Turrialba, en el mes de agosto de 1991.
B) En el lado opuesto, los Melanudands arcillosos protegidos
por pastos de los valles, no manifestan este proceso de hidrofobia
de modo que sus infitraciones se mantienen siempre más importantes
que las de los mismos suelos desnudos.
C) La movilización inicial de las tierras desnudas, primer
componente de la erosión general, es fuerte en los dos tipos de
suelos:
( i) en los Udi vidrands arenosos, son las arenas poco
cohesivas las que se eliminan, capa por capa con una sensibilidad
directamente ligada con la energía de la lluvia que cae
directamente sobre el material erodible sin ninguna intercepción
por la lámina Inn demasiado delgada para asegurar una protección
eficaz,
(ii) en los Melanudands arcillosos, se encuentra finalmente
los mismos resultados por falta de cohesión entre los agregados aún
si ellos, aislados, son muy. estables. De esta manera, el suelo
desnudo se erosiona igualmente muy fuertemente por capas sucesivas
ele agregados que "flotan" sin destruirse. Se debe insistir,
entonces, sobre un ausencia total de correlación entre la
estabilidad estructural Y la erodibilidad de estos Melanudands
arcillosos.
13
4. CONCLUSION: APL¡CACIONES y LIMITACIONES
4.1. Aplicaciones actuales
Todas las informaciones anteriores constituyen las "tarjetas
de identif icación" de cada uno de los tipos de medios (suelos,
coberturas, cultivos, pendientes) que se asocian para construir una
cuenca. Cada "tar jeta" contiene una carga informativa bastante
precisa para permitir reevaluar, optimizar los parámetros de
entrada de las cajas, negras o grises, de los modelos matemáticos
o semi-empir icos de previsión de los escurr imientos o de las
erosiones a la salida de una cuenca.
De manera más teórica se puede también esperar reevaluar los
parámetros de las fórmulas antiguamente "universales" de previsión
de la pérdidas en tierras y así clasificar los comportamientos
erosivos (Ksim.) de los suelos, los efectos de varias coberturas
vegetales (Csim.), los de varias técnicas de conservación (Psim.).
En lo que se refiere él. este último punto, se puede enfocar la.
opt im.i.zaciér. de 1 t amaño y de 13.-9~0I1}etrfa de 'lar iél8 cbr aE__<!'ª
conservación POi- La s med í.da s de volúmenes de ::: Lu j es hídr icos
previsibles que infiltrar o caudales de los mismos que eliminar del
campo entre dos obras consecutivas de conservación.
4.2. Otras aplicaciones
Utilizando varias pruebas artificiales, se puede aislar los
efectos de algunas organizaciones particulares de la superficie de
suelo sobre la hidrodinámica y la movilización de la tierra,
apoyando así los temas de investigación más fundamental.
En lo que sigue, se presentan algunas posibilidades de
analizar los efectos aislados o combinados en parcelas artificiales
de:
- unas cargas crecientes.de elementos gruesos en la superficie
del suelo,
.
- varios tipos de estructuras de intercepción de la energía de
la lluvia,
una simulación asociada con materiales lisimétrlcos y
tensiométricos para s e cu i r la lixiviación y la acumulación de
compuestos solubles (p.e. concentración y composición v2riables de
abonos derramados en la superficie).
- simulación asociada con medidas humidimétricas para seguir
la hidrodinámica interna (velocidad de transición entre horizontes
14
y volúmenes
hid~~cos d~ cada de ellos, influenci~ del compacto).
el efec~c de 1a3 actIvidades de la fauna del suelo
(insectos, Lornb r c e s . etc: .. ) sobre la. e s t r uct u r a . nas precisamente
sobre 13. d i s t r i auc ior. entre macro
y nu.cr o po r o s i d ad y,
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superficial,
la establlldad estructural de agregados que provienen de
varios tIpOS de suelos o terrone~ de labranza de varios dl¿metros,
prueba de refuerzo de la estanilidad con varIOS compues~os
naturales o sintetIcos.
í
4.3. Limites de utilización
Los limites son Inherentes a la superficie de la parcela. SI
el principio del dlSpOSI t i vo se man t i ene pertinente para todas
determinaciones h i d r ícas y h í.dr cd i nám i ca s . no se puede esperar
obtener una e v a I ua c ión cornp Le j a ele la. eros ión general porque el
tamafio de la parcela no permite obtener la abras ion ligada con el
movimIento de los flUJOS hidricos. Sin embargo/se puede decir que
pocas son las paree las mas largas que permi tem es ta.blecer las
velocidaóes liwites de los flujos hidricos asi camo de sus
p3rametros de~~v3dos ~U~ son la C0mret8nclas d~l tr~ns?orts ~or
varias d i s t r i buc i or.e s .,;rani.llor:lE~tr:i.Ca5 y e I poo e r abrasivo CV1.
arreglo a las cargas t::ansportadas.
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2 Composición volumétrica de un suelo de
origen volcánico - cuenca del río Tuis, Costa
Rica.
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3 Esquema del mini-simulador de lluvia tipo
Asseline - Valentin /OR5TOM
(in "La simulación de lluvia.., Asseline y al. 1993)
4 Principio de la variación de las intensidades
de las lluvias simuladas
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· ángulo de oscilación pequeño
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· fuerte intensidad de lluvia
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- ángulo de oscilación grande
- superficie regada mayor
- baja intensidad de lluvia
Al variar el ángulo de aspersión a, se modifica la superficie regada con la misma cantidad de
agua, cambiando así la intensidad de la lluvia.
(in "La simulación de lluvia.., Asseline y al. 1993)
5 Preparación del protocolo experimental:
curvas intensidad/duración por varias épocas de
retorno
Cuadro 1:
Regiones de Turrialba y Pacayas, intensidades
máximas para diferentes duraciones, intervalo de retorno
(según Amezquita 1974 citado por A. Tineo Bermúdez)
Interval
de retorno
(años)
5
5
10
10
50
50
'--
Intensidades máxima (mm.h-l)
y duración en mino
5
10
15
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30
158
122
101
77
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135
116
100
76
54
185
143
120
85
57
139
126
107
60
85
215
275
180 125
88
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147
126 100
73
149
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Localidad
Pacayas 1850rn
Turrialba 650m
Pacayas 1850rn
Turrialba 650rn
Pacayas 1850m
Turrialba 650m
6 Hidrograma teórico de escurrimiento, y de
infiltración, obtenido bajo simulación de lluvia
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Escurrimiento e infiltración bajo intensidad de lluvia constante (A. Lafforgue)
7 Turbidigrama teórico obtenido bajo
simulación de lluvia
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Diagrama teórico de una lluvia simulada (según A. Lafforgue y J. Collinet)
8 Simulación de lluvia
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10 Simulación de lluvia - JUAN07
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11 Simulación de lluvia - JUAN25
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12 Simulación de lluvia - JUAN29
maíz I ta max. I I SO,Ornm.h-1
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13 Melanudands de San Juan Sur: resumen .de.
las situaciones y de los datos
Cuadro 11: 5 situaciones experimentales de los Helanudandsl
de San Juan Sur, pendientes #31%, 1m lluvias # 60mm.h-1
JUAN01,
JUAN02,
JUAN07,
JUAN25,
JUAN29,
desnudada;
desnudada,
sistema agroforestal,
100% pastos,
80% maíz,
SPu
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JUAN01
JUAN02
JUAN07
JUAN25
JUAN29
60,8
20,3
62,3
41,0
41,0
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19,5
1,0
5,4
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6,2
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mm.h-1
40
47
6
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mm
SLi
mm
22,8
14,2
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11,0
11,5
37,9
6,1
57,3
30,0
29,5
60,8mm.h-1
60,8mm.h-1
60,8 mm.h-1
61,3mm.h-1
60,Omm.h-1
Kr
HIT
%
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37,6
70,1
8,0
27,0
28,1
3,86
2,44
0,00
0,04
0,06
14 Simulación de lluvia - RETES16
pastos I ta max, I I = 59,9mm.h-1
5,0
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40
45
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55
Tiempo (mn:
- - Escurrimiento - - Intens. lluvia
.... Carga solida
60
0,5
0,0
65
15 Simulación de lluvia - RETES04
desnudada I ta max. I I = GO,3mm.h-1
40,0
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25
30
35
40
45
50
55
Tiempo (mn)
- - Escurrimiento - - Intens. lluvia
A
5,0
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Carga solida
60
0,0
65
16 Simulación de lluvia
RETE522
pastos 1 ta 30min. 11 30, 60, 90, 120mm.h-1
=
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Tiempo (mn)
- - Escurrimiento
Intens. lluvia
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"
Carga sólida
60
17 Simulación de lluvia - RETES12
desnudada 1 ta 30mina 1I 30, 60, 90, 120mm.h
=
60
140
130
120
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30
35
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55
Tiempo (mn)
- - Escurrimiento ---- Intens. lluvia
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60
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80
~
55
~
....- Carga solida
60
65
o
•
18 Udivitrands del volcán írazu (finca Retes):
resumen de las situaciones y de los datos
Cuadro 1 II: 4 situaciones experimentales de los Udivitrands
del Irazu, pendientes #34%, 1m # 60mm.h-l y variables
RETES16,
RETES04,
RETES22,
RETES12,
100% pastos,
desnudada,
100% pastos,
desnudada,
SPu
mm
View publication stats
ta
ta
ta
ta
max. ,
1m = 59,9mm.h-1
max. ,
1m = 60,3mm.h-1
30min. ,1m = 30, 60, 90, 120mm.h-1
30min.,lm = 30, 60, 90, 120rnm.h-1
Pi
mm
Rx
mm.h-l
SLr
mm
SLi
mm
47
14
21 48
83 110
38
8
70 103
24,6
4,3
51,6
18,3
56,0
8,7
57,4
7,1
85,6
0,00
3,10
0,01
50,0
25,5
66,0
129,80
RETES16
RETES04
RETES22
42,9
60,3
60,3
8,0
23,0
3,5
RETES12
75,6
5,3
Kr
%
MIT
t.ha-1
