Diagnostico cartográfico de la erosión potencial hídrica en la microcuenca del río Salado, Bosque La Primavera

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1 Diagnostico cartográfico de la erosión potencial hídrica en la microcuenca del río Salado, Bosque La Primavera Ruben Bachmann 1, Raymundo Villavicencio García 2, Ana Luisa Santiago Pérez 2, Sandra Luz Toledo González 2 Introducción Los bosques son susceptibles a ser alterados ecológicamente por diferentes factores; entre los que destacan los incendios forestales, el sobrepastoreo, el uso no sustentable, la fragmentación, entre otros fenómenos bióticos y abióticos. Dichas causas no solo afectan a la cobertura vegetal, sino que de manera directa también al suelo, ya que el dosel vegetal proporciona al suelo la protección más importante contra la erosión hídrica, la cual es considerada como un factor más de degradación. Una cobertura forestal densa en arbolado y sotobosque, podría significarse como una superficie potencialmente captadora de agua, por lo contrario, un sitio forestal de cobertura abierta y desprotegida, acarrearía una mayor perdida de suelo por erosión hídrica. Por su naturaleza orográfica, los ecosistemas de montaña son los más susceptibles a la erosión del suelo, pudiendo manifestarse a través de deslizamiento de laderas, inundación de valles, arrastre de material, asolve de corrientes y cuerpos de agua, entre otras. El presente trabajo busca identificar mediante el análisis de cartografía temática y herramientas de Sistemas de Información Geográfica (SIG) aquellas áreas potenciales tanto para la infiltración de agua, como aquellas más susceptibles a la erosión hídrica. Objetivos 1. Valorizar cuantitativamente el medio físico de la microcuenca como captador de agua. 2. Identificar cartográficamente zonas de perdida potencial del suelo por erosión hídrica. Materiales y Métodos El presente trabajo se desarrolló en el Área de Protección de Flora y Fauna La Primavera (APFFLP), localizada entre los paralelos 20º32 a 20º44 latitud norte y 103º28 a 103º42 longitud oeste. El APFFLP posee una superficie de 30,500ha, en los municipios de Arenal, Tala, Tlajomulco de Zúñiga y Zapopan en el estado de Jalisco. Como área particular de estudio se seleccionó la microcuenca del río Salado, la cual tiene su origen en el cerro Las Planillas en la parte central del área natural y recorre en dirección noroeste-oeste; La microcuenca fue delimitada mediante un modelo de elevación de terreno, generado con recursos vectoriales (curvas de nivel) proporcionados por la Dirección Ejecutiva del Bosque La Primavera (DEBLP), utilizando SIG y extensiones especificas para análisis hidrológicos. El afluente de la microcuenca (río Salado) es considerado como uno de los más importantes del área protegida, ya que alimenta la región hidrológica de Ameca (RH-14) a través de la presa 1 Estudiante de intercambio académico ( ). Hochschule für Technik Wirtschaft Dresden. Alemania. astyrax@web.de 2 Departamento de Producción Forestal. Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad de Guadalajara. Carretera Guadalajara-Nogales Km Las Agujas, Zapopan, Jalisco. C.P Tel. 01 (33)

2 La Vega-Cocula (CEA 2006). La microcuenca posee una altura sobre el nivel del mar en la parte más baja de 1320 m y en la parte más alta 2240 m (Figura 1). El clima predominante es templado subhúmedo y semicálido subhúmedo (García 1973). La precipitación pluvial media es de 980 mm y por su característica torrencial, el 77% de las lluvias se consideran de tipo erosivo (Curiel 1988). El APFFLP registra una evapotranspiración de 1814 mm, así como una humedad relativa de 63% (Gallegos et al. 1997), y una temperatura media anual de o C siendo el mes más frío enero y el más cálido junio (SEMARNAT 2000). Figura 1. Localización del Área de Protección de Flora y Fauna La Primavera y ubicación de la microcuenca del río Salado (Tomado de Villavicencio et al. 2007). Cálculo de infiltración. La estimación de la infiltración y análisis del volumen medio anual de escurrimiento natural de la microcuenca se desarrolló mediante el método indirecto Precipitación-escurrimiento de acuerdo a NOM-011-CNA-2000 (CNA 2007); dicha metodología es sugerida por la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA), como parte del diagnostico de los Programas de Desarrollo Rural de Microcuencas a través del Fidecomiso de Riesgo Compartido (FIRCO). El método 83

3 indirecto requiere de información temática georeferenciada como mapas edafológicos, modelo de elevación del terreno, mapas de vegetación, precipitación, entre otros. Dichos insumos fueron proporcionados por Santiago et al. (2006). Se determinó el coeficiente de escurrimiento a partir del tipo y uso del suelo con la fórmula: Ce = K (P-250)/2000+(K- 0.15)/1.5; donde P es igual a la precipitación. Asimismo se cálculo la temperatura media anual (método de interpolación); la evapotranspiración potencial (método de Turc); la infiltración total y la infiltración neta (Villavicencio et al. 2007). Cálculo de la ecuación USLE. Para obtener el mapa de riesgo potencial de erosión hídrica se empleó el mismo material temático del cálculo anterior. Se utilizó la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE con su sigla en inglés) descrita por Wischmeier y Smith (1978), siguiendo la fórmula: En donde; A : pérdida de suelo total (ton/ha/año) R : erosividad de la precipitación K : erodabilidad del suelo L : longitud de la pendiente S : inclinación de la pendiente C : factor de la cobertura vegetal P : factor de prácticas de conservación A = R K L S C P Factor R El factor R es llamado el índice de erosividad de la lluvia [MJ mm ha h -1 ]. Se define como el producto de dos características de la lluvia tempestuosa: la energía cinética y la intensidad máxima durante 30 minutos (Kirkby y Morgan 1984). Dada la limitante de acceder a datos climáticos detallados, sobre todo a la información de intensidad de la lluvia y, solo disponer de registros medios mensuales y anuales de precipitación, el factor R no se calculó para este estudio siguiendo la metodología de Wischmeier y Smith (1978), por lo que se optó por utilizar el registro promedio de la isolínea del factor R generado cartográficamente por Copado (2006) para el estado de Jalisco, y por ubicación del APFFBLP. El área protegida por lo tanto se sitúa en una región de erosividad (valor de R) entre Los valores del índice de erosividad de la lluvia determinados por Copado (2006), se basan en la ecuación del índice de Fournier adaptado por la Food and Agriculture Organization (FAO) en Para el presente estudio se generó un archivo shape con el valor promedio de 162, el cual fue utilizado en formato Grid para toda el área protegida. Factor K Este factor representa la erodabilidad del suelo [Ton MJ -1 mm -1 ]. Los valores de K para cada tipo de suelo fueron obtenidos de FAO (1980) (Tabla 1); además para complementar la información edáfica en el SIG, fue necesario incorporar a cada clase del suelo la clase de textura (fina, media o gruesa). 84

4 Tabla 1. Valores de K por tipo de suelo. Tipo de suelo Factor K Luvisol crómico 0.05 Feozem háplico 0.15 Feozem calcárico 0.15 Fluvisol eútrico 0.40 Regosol eútrico 0.40 Regosol dístrico 0.60 Factor LS Ambos factores son nombrados como: factor topográfico. El cálculo de las longitudes de cada ladera resultaría ser una tarea compleja de realizarse por tratarse de terrenos de montaña, en donde no es fácil distinguir ampliamente los transectos por su pendiente. Para el cálculo del factor LS se utilizó la función AVErosion 1.0 para Arcview 3.x desarrollada por Schäuble (2005). El programa calcula con base a un modelo de elevación del terreno los factores L y S bajo las siguientes ecuaciones: Factor S S plano = 10.8 * sin (pendiente (en o )) (S-valor para pendiente < 9%) S inclinado = 16.8 * sin (pendiente (en o )) 0.5 (S-valor para pendiente 9%) S factor = pendiente < 9%, entonces S plano de lo contrario S inclinado Factor L β en (m) = (sin (pendiente (en o ))/0.0896)/(3*sin (pendiente (en o )) ) m = β/(1+ β) λ = largo máximo de escurrimiento en (m) L factor = (λ m+1 i λ m+1 i-1 )/(λ i - λ i-1 ) * (píxel preciso) Factor C Es el factor de protección por la cobertura vegetal, representa los factores de cubierta del suelo y manejo del cultivo relacionados a la pérdida de suelo. Existen diferentes tablas para la determinación del valor de C, debido a los distintos tipos de cobertura; varios de estos desarrollados por Wischmeier y Smith (1978); algunos de los valores de C considerados para este estudio se muestran en la tabla 2. Tabla 2. Valores de C por tipo de vegetación. Tipo de vegetación Factor C Zona urbana Bosque de Pino-Encino Pastizal Bosque abierto de Pino-Encino Cultivo Área sin vegetación aparente/suelo El cálculo de la erosión del suelo (ton/ha/año) resultó de la multiplicación de las capas de cada factor (10 m tamaño de píxel) utilizando el programa AVErosion 1.0. Un proceso previo e indispensable en las distintas capas temáticas se realizó con la función TLL Ausschneiden, la cual permitió delimitar las capas de análisis en un mismo marco geográfico 85

5 y uniformizar el tamaño del píxel en todas estas, necesarias para el posterior cálculo de la erosión. Así mismo, con la función TLL DEM Korrektur se corrigió el modelo de elevación digital, a fin de eliminar depresiones que no producen escorrentía y acumulan corriente. AVErosion 1.0 y la función TLL Bodenerosion no solo estima la erosión potencial bruta basada del modelo de elevación del terreno y para una superficie determinada, sino además, calcula un valor promedio de erosión para las diferentes coberturas de uso del suelo en el interior de una superficie determinada. El resultado cartográfico se expresa en cada píxel el valor esperado de erosión en toneladas por hectárea por año. Resultados Los resultados morfométricos de la microcuenca se resumen de la siguiente manera: posee una superficie de km 2 y cuenta con 101 km de perímetro, registra una pendiente media de 11.5 grados y promedia una elevación de 1648 m (más del 50% de la superficie posee una cota altitudinal inferior a 1610 m). La forma es alargada, o bien de oval oblonga a rectangular oblonga de acuerdo al coeficiente de compacidad (KC= 2.5); el cauce principal tiene 22.5 km de longitud y registra un tiempo de concentración de 4 horas. La densidad de corriente (Dc) es de 2.46 arroyos por km 2. Posee una red de 305 corrientes clasificadas en: 237 arroyos de 1 er orden, 51 de 2 do, 14 de 3 ero, 2 de 4 to y 1 de 5 to ; considerándose una microcuenca de drenaje eficiente. La densidad de drenaje (Dd) es de 2.6 km/km 2. El valor de K se obtuvo de manera ponderada por la subdivisión de la microcuenca en zonas homogéneas por tipo y uso, siendo de La captación neta de precipitación pluviométrica por unidad de área de la microcuenca se estimó en Mm 3. La infiltración varia en toda la extensión de la microcuenca debido a la cantidad de lluvia precipitada, el tipo y uso del suelo y otros factores microclimáticos; la modelación de este evento (infiltración neta) con herramientas SIG arrojó rangos de 20 hasta 1630 m 3 /ha (Figura 2). Figura 2. Mapa de infiltración neta (In) determinada para la microcuenca del río Salado. 86

6 Las unidades de suelos que predominan en la microcuenca son Regosol eútrico (82%) y Feozem háplico (11%), el restante lo ocupan fracciones de Luvisol y Fluvisol principalmente. De acuerdo a Curiel (1988) el APFFLP posee relieves volcánicos en su mayoría de rocas ígneas ácidas, los suelos resultan con una alta proporción de arenas pomáceas, lo que los hace aun más vulnerables a la erosión. La estimación de pérdida potencial del suelo de la microcuenca menor a 10 ton/ha/año, sin considerar la delimitación específica por tipo de cobertura o uso de suelo es del 84%; por el contrario, casi el 9% de la superficie posee valores altos de degradación potencial del suelo (ver Tabla 3 y Figura 3), inclusive registrando a nivel de píxel (10x10 m) valores superiores a 500 ton/ha/año. Tabla 3. Rangos de pérdida potencial de suelo en la microcuenca del río Salado ton/ha/año Hectáreas Porcentaje < > Figura 3. Mapa de riesgo potencial de erosión determinada para la microcuenca del río Salado. La figura 4 muestra un segmento de la tabla generada durante la estimación de perdida potencial del suelo considerando la capa de información que delimitada los distintos tipos de cobertura y uso de suelo (ver Figura 5); la tabla especifica cada polígono (ID) por tamaño (en m) de cobertura, así como los valores promedio por tipo de factor (A_Mittel, R_Mittel, etcétera) según la fórmula de USLE. 87

7 Las coberturas que presentan un potencial mayor de perdida de suelo en la microcuenca, como habría de esperarse, se sitúan en aquellas áreas en el interior del APFFLP dedicadas al cultivo de temporal (maíz principalmente), así como a aquellas destinadas al cultivo de la caña ubicadas en la parte baja de la microcuenca del lado poniente y fuera del limite del área protegida. Figura 4. Imagen parcial de tabla obtenida del cálculo de erosión por tipo de cobertura y uso de suelo. Figura 5. Mapa de riesgo potencial de erosión determinada para la microcuenca del río Salado por tipo de cobertura y uso del suelo. Las distintas coberturas que presentaron valores menores a las 10 ton/ha/año se sintetizan en color amarillo. Conclusiones 1. El SIG facilitó de manera práctica la caracterización biofísica y morfométrica de la microcuenca. Con la finalidad de respaldar los programas rectores de microcuencas, será 88

8 importante incorporar aspectos socioeconómicos, de ordenamiento territorial u otros para un análisis más integral. 2. El cálculo con la ecuación de USLE permitió en ambiente SIG generar resultados cartográficos útiles en la detección de áreas susceptibles de degradación del suelo; así mismo el empleo de ecuación brindará una mayor eficiencia si se determinan prácticas de manejo, control y combate a la erosión, ya que estas actividades parten del principio de modificar los patrones de flujo, el grado o dirección de superficie de escurrimiento. 3. Se sugiere que los valores de la perdida potencial del suelo no se interpreten como valores absolutos, sino de estimación, ya que la misma ecuación de USLE no fue desarrollada para uso de condiciones topográficas extremas (sistemas de montañas). 4. Independiente de las metodologías aquí utilizadas, se considera que algunos valores obtenidos (mapas de temperatura y evapotranspiración) resultaron subestimados en el proceso de método precipitación-escurrimiento; se sugiere remplazar dichas capas con registros de datos de campo y fiables. Bibliografía Arias, M. J. A., Santiago, P. A. L., Villavicencio, G. R., Toledo, G. S. L., Fregoso, F. J. L. y Moreno, M. L Análisis preliminar del potencial hidrológico por tipo de cobertura en la microcuenca del Río Salado, Bosque La Primavera. En: Carvajal, S. y Pimienta, B. E. (Eds.) Avances de la Investigación Científica en el CUCBA - Universidad de Guadalajara. Pp Becerra, M. A Escorrentía, erosión y conservación de suelos. México: Universidad Autónoma de Chapingo. México. 375 pp. CEA, Jalisco en cuencas. Comisión Estatal del Agua de Jalisco. Recuperado el 20 de octubre de 2006, de CONAFOR, Servicios ambientales forestales: servicios ambientales hidrológicos. Comisión Nacional Forestal. Recuperado el 20 de julio de 2007, de Copado, G. F Degradación potencial de los suelos de Jalisco. Tesis de Maestría. Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad de Guadalajara. 69 pp. Cortés, T. H. G Caracterización de la erosividad de la lluvia en México utilizando métodos múltivariados. Tesis de Maestría. Colegio de Postgraduados. Montecillo, Méx. 168 pp. CNA, Normas oficiales mexicanas del sector agua. NOM-011-CNA Comisión Nacional del Agua. Recuperado el 13 de enero de 2007, de Curiel, B. A Programa de manejo del Bosque La Primavera. México. Facultad de Agricultura, Universidad de Guadalajara. DICSA. Guadalajara, Jalisco. 164 pp. FAO, Metodología provisional para la evaluación de la degradación de los suelos. Food and Agriculture Organization, Roma, Italia. 86 pp. Gallegos, R. A., Villavicencio, G. R., Müller-Using, B. und Schulz, R Wachstum von Pinus oocarpa, Quercus resinosa und Clethra rosei in Abhängigkeit von Reliefparameter in West México. Forstarchiv. 68. FET 6. Pp García, E Modificaciones al sistema de clasificación climática de Köppen. Instituto de Geografía, UNAM. México. 246 pp. 89

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