Modelos de erosión 2. Modelos paramétricos. Modelo USLE. Modelo RUSLE

Transcripción

1 Curso Básico de Hidráulica Fluvial de agosto de 2011 Modelos de erosión 2 Tuxtla Gutiérrez (México) Modelos paramétricos. Modelo USLE. Modelo Proceso erosivos- Primera parte RUSLE José Luis García Rodríguez

2 FORMULAS EMPÍRICAS ZINGG (1940) A= C Sm Ln-1 A, son las pérdidas de suelo por unidad de área para una parcela de pendiente conocida y anchura unidad. C, es una constante que depende de las condiciones de la parcela S, es la pendiente L, es la longitud en proyección horizontal MUSGRAVE (1948) E = (0,00527) I R S 1,35 L 0,35 P 30 1,35 E, son las pérdidas de suelo (mm suelo/año) I, es el índice de erosionabilidad del suelo en parcela estándar R, es el factor de la cubierta vegetal S, es el factor pendiente (%) L, es la longitud de pendiente (m) I30, es la precipitación máxima en 30 minutos (mm)

3 Modelo U.S.L.E. La expresión general del modelo U.S.L.E. es la siguiente: A = R K L S C P donde, A, son las pérdidas de suelo en t/ha año R, es el índice de erosión pluvial en hj cm/m 2 hora K, es el índice de erosionabilidad del suelo en (t m hora/ha J cm) L S, es el factor topográfico, producto de los factores, longitud de pendiente, L, y pendiente, S. C, es el factor cultivo (vegetación o de uso del suelo). P, es el factor de prácticas de conservación de suelos agrícolas.

4 Indice de erosión pluvial, R 2 ( hj cm / m h). Se debe a W.H. WISCHMEIER (1959) y representa la potencia del aguacero para erosionar superficialmente el suelo; por tanto, en cierta medida es un índice de su torrencialidad. Es el índice de erosividad de la lluvia. El valor de este factor cuantifica el efecto del impacto de la gota de lluvia y refleja también la cantidad y el valor asociado a una tormenta. Se define como el producto de la energía cinética de un aguacero por su máxima intensidad en 30 minutos (dividido por cien, en el S.I.). E I R = hj cm/m 2 h

5 Factor R Su cálculo debe realizarse para cada aguacero, j, producido en un año concreto, k, de ahí que resulte el índice de erosión de lluvia E j I 30j La suma de los m diferentes valores de E j I 30j, para los aguaceros del año, k, ofrece el valor de la erosividad de la lluvia para ese año concreto y en esa estación. La suma de los valores de toda una serie de, N años en esa estación (se recomienda al menos entre 20 y 25 años), se divide por el número de años de la serie, N, y se obtiene el valor del factor R

6 La energía del aguacero, en J/m 2, en el S.I., viene dada por la expresión: E = (210, log I)(IT) donde, (210, log I), representa la energía cinética del aguacero de intensidad I, en hj, por cm. de lluvia y m 2 de superficie. (hj/cm m 2 ) T, es la duración del aguacero en horas.

7 En consecuencia, el valor del índice de erosión pluvial, R, se define por la ecuación: n j=1 R = (210, logi )( I j T j) I30 j donde, R, es el índice de erosión pluvial en (hj cm)/(m 2 h) T j, es el período de tiempo en horas, para intervalos homogéneos de lluvia durante el aguacero. I j, es la intensidad del aguacero en los intervalos citados en cm/h. I 30, es la máxima intensidad de la lluvia en 30 minutos, durante el aguacero en cm/h. j, son los intervalos homogéneos del aguacero. n, es el número de intervalos.

8 Este trabajo suele ser laborioso y requiere de bandas de pluviografo. Se pensó en trabajar por zonas asociadas a las principales vertientes hidrográficas españolas, en términos generales, la atlántica (I) y la mediterránea (II y III).

9 FACTOR R 1.- Para toda España, excepto para las zonas definidas en los apartados siguientes 2 y 3: R 2.- Para la vertiente mediterránea de Andalucía, área del estrecho y la cuenca del Segura: R = e PMEX MR MV F Para la zona central de la cuenca del Ebro, área de los Pirineos Centrales y occidentales, la zona costera del Ebro y el área costera del Levante: Z Z.9 R =e T2 = e T10 PMEX F MR PMEX F24 MR MV F24 e e donde, e, es la base de los logaritmos neperianos. PMEX, es el valor medio de las series anuales de lluvias mensuales máximas (mm.) MR, es la precipitación media del período octubre-mayo (mm.) MV, es la precipitación media del período. junio-septiembre (mm.) F24, es el cociente entre la precipitación máxima de la lluvia en 24 horas del año, elevado al cuadrado, y la suma de precipitaciones máximas en 24 horas de todos los meses de ese mismo año (mm.) T2 y T10, son la precipitación anual (mm.) con período de retorno de dos y diez años respectivamente, hallados mediante ala distribución Gumbel. F, es el factor de agresividad del clima en mm. (Fournier) Z.7, es un factor de zonificación (comprende: Cuenca de Levante costera, Ebro costero, Pirineo oriental costero y Baleares) y Z.9, es un factor de zonificación (comprende la Cuenca del Ebro central) Sus valores serán 1 si estamos en ese área, y 0 si no.

10 Z Z.9 R =e T2 T10 F PMEX MR MV F24 e e R = e PMEX MR F R = e PMEX MR MV F24

11 Ejercicio del Factor R

12 Determinar el factor de erosionabilidad pluvial, Rag, del aguacero acaecido en Palencia capital durante la tormenta del 15 de julio de El pluviógrafo registro el siguiente yetograma Hora Pi (mm) 16:36 0,0 16:48 2,2 17:00 11,0 17:12 20,2 17:24 21,4 17:36 7,0 17:48 13,8 18:00 4,2 18:12 0,0

13 Resumen de datos de la tormenta

14 Factor R Wischmeier indica en su manual de cálculo del Factor R que la intensidad máxima en 30 minutos no debe considerarsesuperiora63,5mm/h

15 Tiempo (min) Ii Pi (mm) (mm/h) Ii (cm/h) Ei = logii Ei x Pi (*) Ei x Pi (**) , ,1 213,9 213,9 47,1 47,1 12, , ,5 276,1 276,1 303,7 303,7 24, , ,1 299, ,2 583,8 36, , ,7 301, ,9 618,5 48,1-60 7, ,5 258,6 258,6 181,02 181,02 60, , ,9 284,9 284,9 393,2 393,2 72,1-84 4, ,1 238,9 238,9 100,3 100,3 TOTALES 79, ,4 2276,4 (*) Cálculos de la energía cinética sin aplicar el límite, Ii > 7,6 cm/h Ei = 289 (**) Cálculos de la energía cinética aplicando el límite, Ii > 7,6 cm/h Ei = 289

16 Los valores de R del aguacero según las diferentes modalidades de cálculo son los siguientes: 1) Sin aplicar los límites de la EC de cada intervalo del aguacero, ni el límite de I máx en 30 min (columna (*) de la tabla 2) Si se aplica el límite para la EC de los intervalos del aguacero,esdecir,siii>7,6cm/h Ei = 289 (columna(**) de la tabla) 3) Si se tiene en cuenta la metodología recomendada en EEUU por Wischmeier, deben aplicarse los límites respecto alaec(siii>7,6cm/h entonces,ei=289mm/h)

17 1) Sin aplicar los límites de la Ec de cada intervalo del aguacero, ni el límite de I máx en 30 min (columna (*) de la tabla E i P i = 2276,42 ( 30 E P) I i i = 2276,42 9,42 = 21443,9 R ag = 21443,9 100 = 2 214,4 hj m cm h 1

18 1) Si se aplica el límite para la Ec de los intervalos del aguacero, es decir, si Ii > 7,6 cm/h Ei = 289 (columna(**) de la tabla) E i P i = 2227,62 ( 30 E P) I i i = 2227,62 9,42 = 20983,99 R ag = 20983, = 2 209,84 hj m cm h 1

19 1) Si se aplica la metodología recomendada en EEUU por Wischmeier, deben aplicarse los límites respecto a la Ec (si Ii >7,6 cm/h, entonces, Ei = 289 mm/h) E i P i = 2276,42 ( 30 E P) I i i = 2276,42 6,35 = 14145,26 R ag = 14145, = 2 141,5 hj m cm h 1

20 Tiempo (min) Pi (mm) Ii (mm/h) Ii (cm/h) Ei = logii Ei x Pi (*) Ei x Pi (**) , ,1 213,9 213,9 47,1 47,1 12, , ,5 276,1 276,1 303,7 303,7 24, , ,1 299, ,2 583,8 36, , ,7 301, ,9 618,5 48,1-60 7, ,5 258,6 258,6 181,02 181,02 60, , ,9 284,9 284,9 393,2 393,2 72,1-84 4, ,1 238,9 238,9 100,3 100,3 TOTALES 79, ,4 2276,4 (*) Cálculos de la energía cinética sin aplicar el límite, Ii > 7,6 cm/h Ei = 289 (**) Cálculos de la energía cinética aplicando el límite, Ii > 7,6 cm/h Ei = 289

21 Recientes estudios Tesis doctoral de Margarita Roldán EUIT Forestal

22 Factor de erosionabilidad del suelo, K (t m h/ha hj cm) La erosionabilidad (erodibilidad) representa la susceptibilidad del suelo a ser erosionado. El factor K de este modelo representa la pérdida de suelo por unidad de erosividad de la parcela estándar.

23 Factor de erosionabilidad del suelo, K (t m hora/ha hj cm) La ecuación de regresión de Wischmeier (1971), obtenida del análisis de los datos proporcionados por simuladores de lluvia es la siguiente: 100 K = 0, M 1,14 (12 a) + 4,20(b 2) + 3,23(c 3) donde, M, es el producto del porcentaje de partículas de suelo comprendidas entre 0,002 y 0,1 mm de diámetro, expresado en %, por el porcentaje de partículas de suelo comprendidas entre 0,002 y 0,2 mm de diámetro, expresado en %, o lo que es igual a la diferencia entre el 100 % y el porcentaje de arcilla de la muestra de suelo. a, es el % de materia orgánica b, es el número correspondiente a la estructura del suelo c, clase de permeabilidad del perfil del suelo, según la codificación de la U.S.D.A.- Soil Survey Manual.

24 Posteriormente, Wischmeier y Smith (1978), establecieron un nomograma para el cálculo de este factor, en que se incluyen los parámetros anteriores. En una primera aproximación, se prescinde de los términos b (estructura) y c (permeabilidad).

25 Permeabilidad

26 Los valores para el % de limo y arena muy fina, % de arena (0,1-2,0 mm), % de materia orgánica y estructura, se toman de los 15 a 20 cm superiores del perfil edáfico.

27 Cuenca media del rio Jarama. Abril 2008

28 Mapa de litologías en la cuenca media del rio Jarama. Proyecto Univ. Chapingo Programa SWAT

29 Cuando no se dispone de muestras de suelo, se pueden utilizar valores basados en estudios y experiencias (Paisajes de Estados Erosivos en Grandes Cuencas) agrupados en unidades de litofacies semejantes. Tipos de rocas formadoras del substrato superficial o litofacies. Rango del factor K (máx. mín.) Rocas correspondientes al estrato cristalino 0,05 0,15 (granito, gneis,...) y rocas basálticas. Rocas silíceas compactas (metamórficas, areniscas duras, cuarcitas,...) Rocas sedimentarias bien consolidadas (calizas duras, dolomías, calcarenitas,...) Rocas sedimentarias blandas (margas, yesos, formaciones flysh, calizas poco consolidadas, areniscas disgregables,...) 0,10 0,25 0,20 0,40 0,40 0,60 Rocas cuaternarias (depósitos recientes) 0,40 1,00

30 Factor topográfico, L S Este factor combina el factor, L, longitud de pendiente y el factor pendiente, S, resultando un valor que aumenta el valor final de las pérdidas de suelo conforme aumenta la pendiente del terreno. Proyección horizontal Pendiente, s(%) Longitud de pendiente, λ (m)

31 En 1982 se da la última revisión del factor (McCool et al, 1982), para laderas más o menos uniformes, resultando las expresiones siguientes: - para pendientes, s<9 % y longitudes de pendiente, λ<350 m L S λ = 22,1 0,3 0,43 + 0,30 s + 0,043 s 6, para pendientes, s>9 % y cualquiera que sea la longitud de pendiente. L S = λ 22,1 0,3 s 9 1,3

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33 En la U.D. de Hidráulica e Hidrología de E.T.S.I. de Montes de Madrid se aplica el método de Mintegui (1983), mediante la correlación con el mapa de pendientes s m = 0,30 m = 0,40 m = 0,50 m = 0,60 % L S L S L S L S ,5 70 8,5 21, , , , , , ,5

34 Valores medios de pendientes y del factor L S que se pueden adoptar para trabajos en primera aproximación Pendiente, S (%) Factor L S

35 Factor C El efecto que la vegetación proporciona al suelo y que es recogido en la determinación del factor C (Wischmeier y Smith, 1975), se debe al producto de tres subfactores: 1) La protección aérea que la vegetación proporciona al suelo. 2) La protección que proporciona la vegetación en contacto con la superficie del suelo 3) Los efectos que los residuos de la vegetación tienen en la protección del suelo, tanto porque lo cubren, como porque pueden variarle algunas de sus propiedades físicas.

36 Relación del factor C y del R. El valor de C no es constante a lo largo del año, especialmente en el caso de cultivos agrícolas, estableciéndose para su cálculo los períodos denominados: barbecho, siembra, establecimiento, crecimiento y maduración y rastrojo. Estos períodos varian de unos cultivos a otros y de unas zonas geográficas a otras, por lo que se relaciona con el índice de erosividad, R, y su comportamiento anual. En España, se han establecido perfiles de comportamiento del factor R para diferentes zonas, normalmente asociados a cuencas hidrográficas para poder estimar el porcentaje que corresponde a cada período vegetativo

37 Relación entre el Factor R y el Factor C.

38 Trabajos, informes, proyectos, Tipo de usos del suelo Valor del factor C Basado en la Memoria del I Inventario Nacional de Erosión de Suelos. Arbolado con Fcc > 70%. Bosque 0,01 Arbolado con Fcc: 20%-70% 0,03 Arbolado con matorral (<20%) 0,04 Matorral con arbustos, Fcc < 70 % Erosión de Matorral con arbustos, Fcc > 70 % Paisajes Erosivos en Cuencas 0,20 0,10 Pastizal con matorral 0,15 Pastizal 0,10 Cultivos arbóreos de secano (almendros, olivos, viñedos,...) Cultivos anuales y herbáceos 0,25 Cultivos en regadío 0,04 Improductivo (poblaciones, embalses, canteras, roquedos,...) Uso del suelo 1,00

39 Los tres subfactores que afectan al factor C A.Cubierta forestal B.Cubierta del suelo C.Suelo desnudo con finas raíces en la capa superficial Wischmeier, 1975 Fuente: Brooks et al. En Gray y Sotir

40 Factor C Forestal

41 Fuente: Hydrology and the management of watersheds Brooks, K et al.

42 Factor Prácticas de Conservación de Suelos Agrícolas En este modelo se incluyen en un principio, el cultivo a nivel, el cultivo en fajas y las terrazas. Definición. Relación entre el valor medio de las pérdidas de suelo producidas en un campo donde se realizan las prácticas de conservación de suelo antes mencionadas, y las que se originarían en el mismo campo si se hicieran las labores en la dirección de la máxima pendiente, a igualdad de los restantes factores, lluvia, suelo, topografía y vegetación, en ambas situaciones.

43 λ= 22,1 m 9%

44 Factor Prácticas de Conservación de Suelos Agrícolas Pendiente (%) CULTIVO A NIVEL Factor P Máxima longitud CULTIVO EN FAJAS CULTIVO EN TERRAZAS 1-2 0, ,30 0, , ,25 0, , ,25 0, , ,30 0, , ,35 0, , ,40 0, , ,45 0,18 Fuente: Procesos de Erosivos

45 Pérdidas de suelo

46 Tolerancia de las pérdidas de suelo y mapa de pérdidas de suelo. El concepto surge en USA, como consecuencia del desarrollo de los modelos de erosión, con un claro criterio productivista y experimental. Según López Cadenas de Llano y Blanco (1976), esta tolerancia refleja la máxima pérdida de suelo que puede admitirse alcanzando todavía el grado de conservación necesario para mantener una producción económica en un período futuro previsible, con los medios técnicos actuales.

47 Los valores de tolerancia dependen del tipo de suelo, de su espesor y de las propiedades físicas del mismo, aunque se suele admitir el rango de valores comprendidos entre 2 y 12,5 t ha -1 año -1, siendo esta última cifra válida para suelos permeables y de gran espesor.

48 Según el Prof. Gandullo (1999), desde el punto de vista ecológico y conservacionista dicho razonamiento no es lógico pues el planteamiento sería así: la máxima pérdida de suelo tolerable en un la máxima pérdida de suelo tolerable en un tiempo dado tiene que ser igual a la cantidad de suelo que el sistema ecológico es capaz de edificar de acuerdo con las condiciones ambientales en que se encuentre.

49 La pérdida de suelo está ligada estrechamente con la velocidad de formación del suelo, pero este momento es difícil de reconocer, sobre todo teniendo en cuenta que las velocidades de formación son tan lentas que no pueden determinarse con facilidad (Morgan, 1997), situándose en un valor medio mundial de 0,1 mm/año (Zachar, 1982).

50 Pérdidas de suelo A (t/ha.año) < > 200 Grado de la erosión hídrica Ninguna o ligera Moderada Alta Muy alta FAO-PNUMA- UNESCO. Como se puede observar, el umbral inferior, 10 t/ha año, corresponde al supuesto de la pérdida anual de 0,5 mm de suelo con un peso específico de kg/m 3. Se le suele llamar At

51 Pero la idea de pérdida admisible de suelo o tolerancia no es tan simple, En un trabajo de planificación como es la Ordenación Agrohidrológica, hay que establecer: 1º) El tipo de suelo en que se actúaú y cuálá es su edafogénesis. 2º) Precisar el límite o umbral de pérdidas tolerables, a partir del cual, se podrán definir las primeras actuaciones forestales, tendentes a la restauración de las tierras afectadas por la erosión.

52 VELOCIDAD DE FORMACION DEL SUELO. Por analogía con otros fenómenos biológicos, se puede suponer que la velocidad de formación de un suelo, en un momento dado y cuando tiene un espesor de, z, cm puede venir dada por la ecuación, v = dz dt = k z E E z [ 1] Siendo, E, el espesor máximo que puede alcanzar el suelo en las condiciones ambientales existentes. El factor z queda justificado porque cuanto mayor sea la profundidad del suelo mayor será la capacidad de retención de agua, mayor la posibilidad de existencia de raíces y otros seres vivos y todo ello facilitará en mayor grado la alteración química y la intensidad de todos los procesos pedogénicos. El factor (E-z)/E, se explica por la existencia final de un equilibrio. La profundidad del suelo no puede crecer indefinidamente; dadas unas condiciones ambientales, el suelo puede alcanzar un máximo espesor variable según las características climáticas, fisiográficas, litológicas y el tipo de vegetación que pueda asentarse en el mismo.

53 dt k z E z dz = De la ecuación (1) se deduce: Si consideramos tiempo cero a un espesor mínimo ε (roca con un principio de alteración o/y una rudimentaria vegetación asentada sobre ella) y tiempo T al momento en que el suelo ha alcanzado su equilibrio con las condiciones ambientales (profundidad E-ε), se puede integrar la anterior ecuación entre 0 y T. [ ] [ ] T E L T E L k kt E L L L E L kt z E L z L T E ) ( 2 ) ( 2 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 0 = = + + = ε ε ε ε ε ε ε anterior ecuación entre 0 y T.

54 Considerando la ec (1) se tiene: v = 2LE T z E E z [ 2] Si en [2] E y z se expresan en cm y,t, en años, la profundidad de suelo que es permisible perder al año, desde un punto de vista ecológico y conservacionista, será de v cm, cuando el espesor del suelo sea z. Si consideramos una densidad aparente del suelo de 1,25 gr/cm 3, esta profundidad equivale a: v 1,25 gr / cm 2 = v 1, = 125 v = 250L E z T E z E t /( ha año) [ 3]

55 EDADES Y ESPESORES DE LOS SUELOS CLIMACICOS ESPAÑOLES. En un esquema muy simplificado, y por ello con todos los contraejemplos puntuales que se deseen, podemos asegurar que la mayor parte de los suelos españoles responden, esencialmente, a cuatro procesos pedogenéticos distintos: A: Levigación con mayor o menor tendencia a la podzolización, proceso típico de los climas templado-fríos y suficientemente húmedos cuando la pendiente es escasa. Estos suelos se forman con bastante rapidez. Las cifras oscilan entre los 550 años en arenas incoherentes (SQNDHEIM et alt., 1981) y 2.000/3.000 años (DUCHAUFOUR, 1987) cuando la roca es coherente o/y cuando su naturaleza calcárea precisa una primera descarbonatacion. B: Braunificación o calcimorfización, procesos característicos de los suelos templado-fríos en los que la menor pluviosidad o/y la pendiente o/y la abundancia de carbonato cálcico ralentizan la evolución del suelo, y de aquellos suelos mediteráneos asentados sobre caliza y donde la pendiente impide la descarbonatación. En estas circunstancias la formación del suelo estable parece requerir un tiempo variable entre (WILKE, 1975) y años (RIRKELAND, 1974). C: Fersialitización restringida, proceso característico de los climas templado-cálidos mediterráneos, bien semiáridos, bien subhúmedos, pero sin monosialitización y donde la arcillosidad del horizonte Bt se debe esencialmente al fenómeno de argillización in situ. En este caso nos encontramos ya en los suelos que DUCHAUFOUR (1984) denomina suelos de ciclo largo. BORNAND (1978) estima en cifras del orden de a años el tiempo de su formación completa. SPAARGAREN (1979) concuerda con estas cifras. D: Fersialitización total, proceso observado bajo clima templado-cálido mediterráneo subhúmedo, en zonas llanas o de escasa pendiente, con fase de monosialitización, formando suelos maduros con edad superior a ó años (TORRENT et alt ; PORTA et alt., 1994). Los espesores de los distintos suelos estables pueden ser muy variables, pero puede estimarse en un valor máximo de 120 cm si la roca es coherente y de 200 cm sobre materiales incoherentes (MONTURIOL y GUERRA, 1983).

56 TABLA 1 (Pérdida admisible de suelo para E = 120 cm en t/(ha año)) T=500 T=5.000 T= T= T= Profundidad actual del suelo (cm)

57 TABI.A II (Perdida admisible de suelo para E= 200 cm en Tm/(ha año)) T= 500 T=5.000 T= T= T= Profundidad Actual del Suelo (cm)

58 Modelo RUSLE Handbook 703. USDA

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62 MODELO RUSLE En 1985, se acordó llevar a cabo la revisión de la U.S.L.E., para incorporar nuevas investigaciones y tecnologías, posteriores a la publicación del libro de la USLE en El trabajo de revisión fue iniciado seriamente después de 1987, y resultó un nuevo libro técnico (Handbook, 703) y una tecnología denominada RUSLE, la Revisión de la USLE.

63 User inputs to describe specific site Location Soil Topography General Flow Chart of RUSLE RUSLE Computations R K LS C P Data files previously defined by user City (Weather) Database Plant Database Land Use Operations Database A-RUSLE Soil Loss Estimate

64 Definidos por el usuario para una determinada zona/gestión/práctica de conservación R CLIMA Los archivos de datos son generalmente definidos por el usuario ARCHIVO CITY K SUELO LS TOPOGRAFÍA ARCHIVO DE CULTIVO C GESTIÓN DE LA CUBIERTA P PRÁCTICA DE CONSERVACIÓN ARCHIVO DE OPERACIÓN A PÉRDIDA DE SUELO ESTIMADA

65 La RUSLE mantiene la estructura básica de la USLE, aunque cambian algunos algoritmos, que explican individualmente cada uno de los factores. El cambio más significativo es la informatización de esta tecnología, de esta manera cada factor queda determinado recurriendo a las bases de datos integradas en el programa informático en el que se apoya. En una breve descripción de las novedades incorporadas a los distintos factores U.S.L.E. se destacan aquellas de interés por su posible aplicación...

66 Factor R. Se desarrollan nuevos e importantes avances en la producción de mapas de iso-r, aumentando el número de estaciones de las que se disponía en el Agriculture Handbook 537. Posteriormente se desarrolla el concepto del Req, obtenido de: donde, R eq = A KLSCP A,K,L,S,C y P están basadas en medidas de campo. Se relacionaron los valores Req con valores de precipitación anual para obtener mapas de erosión utilizables en las grandes extensiones cerealistas estadounidenses. Se tiene en cuenta una reducción de los valores R en zonas de bajas pendientes donde ocurren grandes tormentas. La reducción se basa en el efecto que produce el agua almacenada en el suelo (Huss y Green, 1983).

67 En la base de datos, CITY, se incorporaron los datos de 119 áreas de distribución del producto E I en distintas zonas climáticas de U.S.A. Los archivos incluyen además de su identificación: Número de días sin heladas R anual o Req Distribución de EI 30 en períodos de 15 días EI 30 de tormenta anual máxima para períodos de recurrencia de 10 años.

68 Uno de los problemas del desarrollo de los valores de R en la Base de Datos CITY es la escasez de datos utilizados para calcular las relaciones de tiempo-intensidad y, el valor EI 30 por períodos. Otros autores intentaron calcular R correlacionando la precipitación anual y mensual con los factores R conocidos. Renard y Freimund (1993) presentaron las ecuaciones de regresión siguientes: R=0,0048 P 1,61 R=0,074 F 1,85 donde, R, es el índice de erosión pluvial. P, es la precipitación anual F, es el índice de Fournier (1960)

69 F = 12 i = 1 p 2 i P Donde, p i, es la precipitación mensual y P es la precipitación anual Estas ecuaciones siempre dan altos coeficientes de determinación (r 2 =0,81) y el error estándar alto, por lo que se recomienda un mejor ajuste. Para los mismos autores el (EI 30 ) 10 es el siguiente: (EI 30 ) 10 =2,98 R 0,70

70 Factor K El modelo RUSLE incluye ecuaciones para estimar valores de K donde el nomograma no puede aplicarse (por ejemplo, en suelos volcánicos con gran contenido en materia orgánica). Otros cambios: Se tienen en cuenta los fragmentos de roca en y sobre el perfil del suelo. Se refleja el efecto de la pedregosidad del perfil del suelo en la permeabilidad en tramos de escorrentía. Los fragmentos de roca en el perfil del suelo se asume que reducen la permeabilidad y por lo tanto, aumentan la escorrentía y la erosionabilidad del suelo.

71 Los datos han mostrado que los valores de K, varían estacionalmente Son muy altos en la primavera inmediatamente a los deshielos. Los valores más bajos ocurren en la mitad de otoño y en invierno. La variabilidad estacional se trata en la RUSLE mediante estimaciones instantáneas de K calculadas en proporción con las estimas bimensuales de E I de los archivos de la BD CITY. Los valores de K estimados se obtienen con ecuaciones relacionando el K con el período libre de heladas y el factor K anual.

72 Factor K La variabilidad temporal del factor K, según Young et al., 1990, se puede aplicar a una serie corta de años o para determinados eventos tormentosos, en donde el uso del factor K de Wishmeier (1971) constituye un error al obviar su variabilidad.

73 Factor K La variación aludida está correlacionada con 3 factores: la temperatura del suelo (ciclos de deshielo, congelación), textura del suelo y humedad del suelo.

74 Factor K El factor K según Young et al (1990), se presenta como una propiedad dinámica. A lo largo del año tomará un valor máximo, K max, en el tiempo t max (a partir del 1 de noviembre) y un valor mínimo, K min, en el tiempo t min, cumpliéndose las relaciones siguientes: K max /K min =8,60 0,001116* R K max /K nom =3,00 0,000294* R En donde K nom, es el factor K obtenido por la ecuación de regresión de Wischmeier (1971) del modelo USLE.

75 A su vez el valor de t max se obtiene a partir del valor R de la USLE. Si R 5957 entonces t max =154-0,0258*R Si R >5957 entonces t max =519-0,0258*R De esta forma, conocidos los valores de R y Knom, se pueden calcular los valores de K max, K min y t max. Si el período libre de helada t es el tiempo transcurrido entre el K max y el K min, se verifica que t min = t + t max

76 Una vez conocidos todos estos parámetros se puede evaluar el valor medio anual de K, por medio de una media ponderada, considerando los valores parciales de erosionabilidad y erosividad correspondientes a los diferentes períodos i : K av = K i ( E I) 100 i Donde, K av es el valor medio anual del factor K K i es el valor parcial correspondiente al período i y (EI) i es el porcentaje del índice de erosividad anual R, correspondiente al período i.

77 Factor L S La revisión de este factor se lleva a cabo por Mc Cool et al (1989), considerando la influencia de las mismas variables, longitud y pendiente. En la RUSLE, a diferencia de la USLE, se aumenta la influencia de la longitud de pendiente λ, al considerar que al aumentar la longitud se incrementa notablemente la formación de regueros.

78 El factor L toma la expresión siguiente: L = λ 22,1 m donde m = B B + 1 λ, es la componente horizontal de la longitud de la ladera, y B es el cociente entre la erosión en regueros que se produce en cada parcela y que puede evaluarse mediante la expresión siguiente:

79 B Siendo, θ el ángulo de pendiente. ( ) [ ] 0, 8 λ Senθ /, ( θ) +, = sen Para cada ladera, según el ángulo de pendiente, se calcula B, y con este valor se calcula m y, por último, L quedando recogidos sus valores en tablas ad hoc. El factor S se estima mediante las expresiones siguientes: S (si S<9 %) y = 10,8 senθ + 0,03 S = 16,8 senθ 0,03 (si S>9 %) Donde se observa una disminución del peso de S respecto a la ecuación inicial de Wischmeier de 1978.

80 Factor C Los ratios de pérdidas de suelo (Soil Loss Ratios, SLR) utilizados en el cálculo de este factor son quizás los términos más importantes en la RUSLE porque representan las condiciones que pueden ser manejadas más fácilmente para reducir la erosión. Los valores de C son medias de los Soil Loss Ratios, SLR, que representan las pérdidas de suelo respecto a las condiciones estándar de parcela. Los SLR varían durante el año como el suelo, condiciones de las plantas, cubierta, y cambios aleatorios de la rugosidad. La RUSLE calcula los valores de C calculando los SLR en períodos de 15 días de acuerdo con la distribución de E I.

81 El cálculo del SLR se realiza mediante una función de cuatro subfactores: donde, SLR = PLU CC SC SR PLU, es el subfactor del uso principal del suelo. CC, es el subfactor de la cubierta aérea. SC, es el subfactor de la cubierta superficial. SR, es el subfactor de la rugosidad superficial

82 Uso Principal del Suelo (Prior Land Use, PLU) Este subfactor expresa: (1)la influencia en la erosión del suelo de los efectos de los residuos subsuperficiales de los cultivos previos y (2) el efecto de las prácticas de cultivo previas a la consolidación del suelo. La relación es de la forma: PLU = Cf e -cbu donde, Cf, es el factor de consolidación de la superficie del suelo Bu, masas de raíces vivas o muertas y residuos enterrados encontrados en 4 cm de suelo. C, es un coeficiente que representa la efectividad de las raíces y los residuos enterrados respecto al control de la erosión.

83 Cubierta Aérea (Canopy cover, CC) Este subfactor expresa el efecto de la cubierta aérea en la reducción de la energía de lluvia en el impacto de la superficie del suelo. CC = 1-FC e -0,1 H donde, CC, es el subfactor de cubierta aérea FC, es la fracción de cabida cubierta H, es la altura de caída de las gotas de lluvia después de intercepción (ft). Los valores de FC y H se encuentran en la BD CROP.

84 Cubierta de Superficie (Surface Cover, SC) Este efecto se ha observado que varía en distintos estudios de investigación. En algunos se observa que una cubierta del 50 % reduce las pérdidas de suelo alrededor del 65 %., así como en otros una cubierta del 50 % las reduce al 95 %. Para ajustar esta variada eficacia en la RUSLE, se usa la ecuación siguiente: SC 0, 24 b SS p R c = e 0, 08 donde, b, es un coeficiente S p, es el porcentaje de suelo con superficie cubierta R c, es la actual rugosidad superficial. Este subfactor, SC, es el más sensible de los subfactores y debe tratarse con cuidado para obtener SLR s razonables

85 Rugosidad superficial (Surface Rognhness, SR) La rugosidad superficial del suelo afecta directamente a la erosión del suelo e indirectamente a través de la protección que ofrece el residuo ante el impacto de la gota de lluvia. En cualquier caso, es una función aleatoria de la rugosidad superficial, que está definida por la desviación estándar de las elevaciones superficiales cuando se producen cambios en la pendiente del terreno o marcas no aleatorias en los cultivos. El valor de la rugosidad actual se utiliza para calcularse en períodos y está definida por la ecuación siguiente: SR c = e ( R 0 24 ) 0, 026, donde, SR, es el subfactor de la rugosidad superficial y Rc, es la rugosidad actual, siendo,...

86 R c = r n ( ) 0, 24 + D R 0, 24 donde, Dr, es un coeficiente de descomposición y Rn, es rugosidad neta después de una labor de campo. Como se puede apreciar su cálculo requiere de auténticos especialistas, acostumbrados a determinar los parámetros descritos.

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88 Figura 22 Figura 21

89 Figura 23 Figura 24

90 Figura 26 Figura 25

91 Figura 27 Figura 28

92 Figura 29

93 Figura 30