SECRETARÍA DE AGRICULTURA, GANADERÍA, DESARROLLO RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN Subsecretaría de Desarrollo Rural Dirección General de Apoyos para el Desarrollo Rural Control de Cárcavas.
CONTROL DE CÁRCAVAS Figura 1. Vista de una cárcava Definición Figura 1. Vista de una cárcava La cárcava es una zanja producto de la erosión que generalmente sigue la pendiente máxima del terreno y constituye un cauce natural en donde se concentra y corre el agua proveniente de las lluvias. El agua que corre por la cárcava arrastra gran cantidad de partículas del suelo. Las cárcavas se inician cuando el suelo ha sido removido por el flujo superficial formando pequeños surcos considerado como zanjeado incipiente y a medida que aumenta el escurrimiento se forman pequeños canalillos que van creciendo en ancho y en profundidad hasta formar secciones transversales de diferentes formas que se agrandan con la presencia de las avenidas máximas. a) Vista de una cárcava Consecuentemente, las cárcavas se originan por la concentración de los escurrimientos superficiales en determinados puntos críticos del terreno. El control de las cárcavas en el proceso de formación es sencillo, pues generalmente basta pasar el arado o la rastra a través de estos canalillos para que desaparezcan e impedir así su crecimiento. Cuando las cárcavas crecen y no se pueden cruzar por los implementos agrícolas, es cuando estas secciones transversales están sometidas a procesos de crecimiento laterales hacia los taludes de las márgenes derecha e izquierda de la cárcava, en la parte alta o inicio de la misma y es cuando es necesario realizar obras y prácticas para su control (Figura 1a). Los crecimientos laterales, en la parte alta y en lecho de la cárcava se deben a que el agua, a medida que va descendiendo por la ladera y debido a las irregularidades en el terreno, se va concentrando en la parte alta, a lo largo de la cárcava y en el lecho de la misma originando su crecimiento (Figura 1b). 2 Largo Ancho Profundidad b) Crecimiento de las cárcavas c) Erosión remontante
Con un volumen de agua mayor y una velocidad del flujo que va en aumento, la sección transversal de la cárcava se va agrandando debido a la erosión remontante (Figura 1c) en los taludes y en la parte alta y al crecimiento vertical en el lecho de la cárcava producto de la capacidad de remoción, transporte y socavación del flujo superficial. Causas de la formación de las cárcavas La mayor parte de las cárcavas se forman debido a las actividades humanas y otras por la presencia de eventos de lluvia extraordinarios que saturan al suelo y por las condiciones de pendiente y de lo impermeable del sustrato causan los movimientos en masa de los suelos o el aumento en los sistemas de drenaje en las laderas y las montañas. Algunas de las causas de la formación de cárcavas son: el sobrepastoreo propiciado por el crecimiento de los hatos ganaderos que rebasa la capacidad de carga permisible y la reducción de cobertura de la vegetación; la expansión de los terrenos de cultivo de escarda en las partes altas de las laderas o de las montañas sin tomar en cuenta el manejo de los suelos y la cobertura vegetal que causa un concentración de los escurrimientos superficiales; la deforestación debido a los cambios de uso del suelo, la sedentarización de la milpa, la producción de madera, el aprovechamiento de especies maderables y no maderables que causan una reducción de la propia vegetación para proteger a los suelos contra la erosión y la presencia de sistemas de drenaje naturales que van creciendo continuamente ya que no tienen la capacidad para desalojar los crecientes escurrimientos superficiales. Las acciones del hombre como el uso inapropiado de las zonas forestales, de pastizales y de selvas donde realizan tala inmoderadas, establecen cultivos anuales sin el uso de prácticas de conservación de suelos hacen que con en el tiempo los terrenos productivos se vuelvan improductivos y se abandonen sin protegerlos de los agentes erosivos. En las zonas de agostadero el excesivo pastoreo por los crecientes hatos ganado bovino, caprinos y ovinos propician un sobrepastoreo que reduce la cubierta vegetal y disminuye la infiltración del agua en el suelo, aumentando los escurrimientos en las zonas de drenaje de las cárcavas. El desarrollo de infraestructura para la producción: como surcados, terrazas, bordos de captación de escurrimientos con sus estructuras vertedoras, canales de desviación, caminos mal trazados o sin mantenimiento preventivo provocan la formación y crecimientos de las cárcavas cuando los escurrimientos se concentran en las zonas de ruptura. Los factores físicos como el tamaño y la forma del área de drenaje de la cárcava, la topografía (longitud y grado y forma de la pendiente), las propiedades físicas de los suelos especialmente aquellos que forman grietas cuando secos, son los que favorecen el crecimiento de las cárcavas. En resumen, las principales causas de la formación de cárcavas son: Cambios de uso del suelo Uso inadecuado de laderas Caminos no protegidos Hábito subterráneo de roedores Prácticas inadecuadas de laboreo Pérdida de la resistencia del suelo a la erosión Aprovechamientos forestales no controlados Sobrepastoreo Ruptura de obras aguas arriba Lluvias de alta intensidad Suelos susceptibles a la erosión en canalillos Áreas de drenaje compactas donde se concentran en forma rápida los escurrimientos Clasificación de cárcavas Las cárcavas se pueden clasificar por la forma de la sección, por su profundidad y área de drenaje y por su continuidad a lo largo de la pendiente. Sección transversal. La cárcavas se clasifican por la forma de la sección transversal en tipo U que se forman cuando el suelo superficial tiene la misma resistencia que el subsuelo; el tipo V que se forma cuando el subsuelo tiene mas resistencia que el suelo superficial y el tipo trapezoidal se forma cuando el sustrato es muy resistentes a la erosión como sucede en las zonas de tepetates (Figura 2). Suelo Subsuelo Forma de U Forma de V Forma Trapezoidal Suelo Subsuelo Suelo Subsuelo Profundidad y área de drenaje de las cárcavas. A este respecto, las cárcavas se agrupan en pequeñas, medianas y grandes de acuerdo con los valores que se muestran a continuación: Clase Profundidad (m) Área de drenaje (ha) Pequeñas < 1 < 2 Medianas 1 a 5 2 a 20 Grandes > 5 > 20 3
Las cárcavas de pueden agrupar en: Continúas: Estas conforman un sistema de drenaje superficial bien definido. Tienen una cárcava principal en la que confluyen las cárcavas secundarias conformando un sistema de drenaje o varios sistemas de drenaje. No continúas: Estas se presentan en forma aislada y son provocadas por los movimientos en masa de un terreno o por la concentración de escurrimiento en una ladera pero no conforman un sistema de cárcavas, sino que están aisladas. Generalmente la descarga de los escurrimientos, se presenta en áreas planas y la cárcava tiende a desparecer. Daños ocasionados por las cárcavas Las cárcavas originan grandes perjuicios, tanto o más graves cuando más numerosas y profundas sean; llegan inclusive a inutilizar grandes áreas de cultivo o terrenos dedicados al pastoreo. Entre los principales daños ocasionados por las cárcavas pueden citarse los siguientes: El arrastre del suelo fértil en el área dañada, lo que reduce considerablemente la productividad. El azolve de los vasos de almacenamiento, canales y otras obras hidráulicas, así como de los cauces naturales localizados en la parte baja de la cuenca, lo que reduce la vida útil de las estructuras mismas y casi siempre obliga a realizar importantes erogaciones para el desazolve. El depósito o acumulación de suelos infértiles acarreados de las zonas erosionadas sobre los terrenos fértiles situados en las partes bajas, lo que origina una disminución de la productividad en las áreas afectadas. La dificultad para cruzar las cárcavas con los implementos y maquinaria agrícola de que se disponga, lo que en muchos casos llega a imposibilitar totalmente esta operación. Aumentan el peligro para el ganado en pastoreo, que al transitar cerca de las orillas de las cárcavas pueden resbalar y causarse serios daños. En algunos casos, las cárcavas cerca de los caminos, producen socavaciones que hacen peligroso el tránsito en general. Las cárcavas hacen el papel de drenes que concentran el agua precipitada en las zonas circundantes y limitan la humedad aprovechable para los cultivos establecidos. Se reduce el área útil de cultivo y, por consiguiente, los rendimientos por unidad de superficie, lo que disminuye además el valor de la tierra. Los costos de operación aumentan considerablemente en los terrenos donde por descuido se ha permitido la formación de cárcavas. Objetivos del control de cárcavas El control de cárcavas debe estar dentro del plan de manejo de una zona de producción, conservación y protección y debe considerarse como un sistema de recuperación de zonas degradadas y de protección de las obras de infraestructura hidroagricolas o de caminos en partes bajas de las aéreas de drenaje de las cárcavas. Los objetivos del control de las cárcavas deben establecerse al inicio del proyecto y estos pueden ser: Control de los escurrimientos superficiales Corrección de la pendiente del cauce Disminuir la producción de sedimentos Mejorar la calidad del agua escurrida Conservar la humedad en las laderas Estabilización de taludes Propiciar el desarrollo de la vegetación natural Aumentar la infiltración y recarga de acuíferos Captación del agua Mejorar el acondicionamiento hidráulico los ríos Principios para el control de cárcavas Antes del inicio de un programa de control de cárcavas hay que definir el objetivo del programa, ya sea: proteger las obras de infraestructura hidroagricolas, caminos y poblados; estabilizar las cárcavas para reducir su crecimiento y/o recuperar los terrenos para la producción agropecuaria o forestal, ya que de ello depende la estrategia para el control. Un programa de control de cárcavas se inicia definiendo las áreas de laderas y las zonas con cárcavas utilizando imágenes de Google Earth (Figura 3) u ortofotos que definan claramente las zonas de trabajo. La delimitación de la cárcava permite definir las zonas de ladera que son las que generan los escurrimientos superficiales y a la vez son las zonas de crecimiento de estas áreas de drenaje y de las cárcavas principales y sus ramales. Esto permitirá definir si se van recuperar solo las cárcavas continuas en sistema bien definido de drenaje o también cárcavas aisladas. Una vez ubicada la zona de trabajo se deben realizar recorridos de campo a lo largo de la cárcava principal y sus ramales para levantar el perfil longitud de la cárcava, las 4
Figura 3. Área de drenaje de una cárcava (b) En el ejemplo, la longitud de la cárcava es de 120 metros, la cota en la parte alta es de 2,349 msnm, la de la parte baja es de 2,302 msnm y el desnivel es de 47 m, lo cual da una pendiente de 39% (Figura 4a). pendientes medias de los diferentes tramos y las secciones transversales considerando el ancho y la profundidad de la cárcava (Figura 4). Altitud (msnm) Figura 4. Perfil longitudinal y secciones transversales de una cárcava. 2,360 2,350 2,340 2,330 2,320 2,310 2,300 2,290 2,280 2,270 Las secciones transversales muestran que la cárcava tiene un ancho que varia de 4 a 5 m y una profundidad que fluctúa entre 2 y 3 metros por lo que la cárcava es mediana (Figura 4b). Con base a este levantamiento de campo y con el área de drenaje de la cárcava se tiene que definir cual es el origen de los escurrimientos para tratar de reducirlos o derivarlos para que no siga aumentando la sección transversal de la cárcava y para establecer la estrategia de manejo. En este caso, se puede definir como controlar los escurrimientos de la zona de ladera o de drenaje de la cárcava y como reducir o evitar el crecimiento de las secciones transversales de la cárcava. Para controlar una cárcava, la primera acción es eliminar la causa que la originó, para lo cual se tienen que efectuar trabajos a dos niveles: 0 10 60 75 Longitud de la cárcava (a) 100 120 A nivel de ladera o área de drenaje, que en muchos casos resulta ser suficiente, cuando con prácticas de conservación se controla el escurrimiento superficial en esta zona. 5
También puede ser que después de haber tratado la ladera todavía se mantiene flujo por la cárcava, entonces se efectúan trabajos a nivel de la cárcava misma. Figura 5. Control de cárcavas utilizando presas de control de azolves y obras de captación aguas arriba Prácticas de conservación a nivel de ladera A nivel de ladera, las prácticas se deben encaminarse a evitar, reducir o controlar el escurrimiento superficial y aumentar la infiltración del agua en el suelo. Las prácticas apropiadas son: Promover la repoblación de pastos y/o bosques con especies nativas. El buen manejo de los pastos (pastoreo de corta duración, rotación, pastoreo holístico, entre otros) y bosques. Zanjas de infiltración en bosques y pastizales. Terrazas de absorción. Surcos en contorno. Zanjas de desviación. Prácticas a nivel de Cárcavas Si después de haber tratado la ladera todavía hay escurrimiento en la cárcava, o en el caso de que la ladera tenga un sistema de cárcavas continuas sin una apreciable área de drenaje, se efectuarán trabajos a nivel de éstas, consistentes en suavizar taludes, establecer de vegetación (arbustiva, pastizales, árboles), colocar pequeñas barreras u obstáculos transversales al flujo de agua o presas permanentes de control de azolves, a fin de disminuir la velocidad del agua y favorecer la sedimentación de las partículas que lleva el agua en suspensión. Todo esto estará en función del tamaño de la sección transversal de la cárcava (ancho y profundidad) y del área de drenaje de la misma. Para cárcavas medianas y grandes normalmente se utilizan estructuras estables construidas con material consolidado de carácter permanente como son las presas de piedra acomodada, mampostería y de gaviones que es posible establecerlas en diferentes secciones transversales a fin de captar sedimentos y evitar el crecimiento de la cárcava. Bajo esta estrategia se construyen presas filtrantes con el criterio cabeza - pie y se tiene que construir presas filtrantes a lo largo de la cárcava (Figura 6). Figura 6. Control de cárcavas a lo largo del perfil longitudinal. Las decisiones para el control de cárcavas dependerán de la disponibilidad de recursos económicos y del objetivo del manejo. Se podrían construir presas filtrantes en cada ramal de la cárcava, con el criterio cabeza a pie, para evitar el crecimiento de las cárcavas. Con esto se asegura que las cárcavas no crezcan pero el terreno continúa degradado (Figura 5). 6
Algunas veces es preferible construir una presa de control de azolves obra bien cimentada en la parte baja de la cárcava para captar los azolves, formando un área de sedimentación de los azolves que reducen la capacidad erosiva del flujo superficial (Figura 7). Figura 7. Control de cárcavas utilizando una presa de control de azolves en la parte baja. El control de la erosión en la zona aguas arriba de la cárcava. Con esto se logra reducir la erosión por caída (erosión remontante), ya que el escurrimiento superficial es desviado en forma permanente hacia otros desagües que de antemano hayan sido protegidos, lo que reduce considerablemente la cantidad de agua que con anterioridad era drenada por la cárcava. El empleo de zanjas derivadoras o desviadoras, que consisten en la construcción de una zanja aguas arriba de la cárcava, con sección suficientemente amplia para conducir el escurrimiento del área de captación hacia otros desagües convenientemente elegidos, evitándose en esta forma el paso del agua a través de la cárcava cuando no está debidamente estabilizada. El uso de estructuras específicas para el control de la cabeza de la cárcava. La más común de éstas es una rápida cuyo piso esté debidamente protegido por un zam peado de piedra o de concreto reforzado. Para construir esta estructura, es necesario suavizar previa mente la cabeza de la cárcava, proporcionándole taludes convenientes con 30 a 40% de pendiente. De esta forma, se evita el crecimiento de la cárcava y se tienen que realizar trabajos en la parte alta para evitar el crecimiento y la erosión remontante. Etapas para el control de cárcavas Durante la secuencia de los trabajos a desarrollar para el control de las cárcavas, se pueden distinguir tres etapas diferentes, que son: La prevención y detención de la erosión remontante, para evitar el crecimiento de la cárcava aguas arriba. A esta operación se le denomina cabeceo de las torrenteras. La disminución, hasta donde sea posible, de la erosión de los taludes y del fondo de la cárcava. Rehabilitación y estabilización final de la misma, con diversas estructuras y estableciendo vegetación nativa adaptada al lugar. Para realizar el cabeceo de las cárcavas, se pueden emplear los siguientes procedimientos, expuestos por orden de prioridad económica. Una recomendación que ayuda en el control de la cárcava es permitir el crecimiento de la cubierta vegetal. Para esto hay que evitar el pastoreo de animales a lo largo de la cárcava y en la zona circundante a ella, en por lo menos un radio igual a cinco veces la profundidad de la cárcava. Las paredes de las cárcavas deben estar cubiertas por vegetación natural o sembradas especialmente con pastos. Para el establecimiento de la vegetación se podrían utilizar las siguientes estrategias: Exclusión del área de influencia de la cárcava. Esta estrategia consiste en cercar el área de la cárcava para que el ganado no sobre pastoree la zona y se pueda recuperar la vegetación evitando así el crecimiento de la cárcava. Con esto se logra, el aumento de la infiltración del agua en el suelo, la protección del suelo y finalmente el crecimiento de las cárcavas. En este caso, es común el establecimiento de cercos de alambre de púas para evitar la entrada de los animales y propiciar así el desarrollo de la vegetación natural (Figura 8). Barreras vivas. Consisten en colocar plantas distancias entre 10 y 15 cm en surcos poco profundos protegidos con estacas colocadas unos 30 cm más abajo de las plantas; su empleo se limita a cárcavas de pendiente suave (SCS, 1973). Las especies que se utilizan comúnmente son el sauce (Salix humboldtii), quiebrabarrigo (Trichantera gigantea) y matarratón (Gliricidia sepium). 7
Figura 8. Alambrado para la exclusión de una cárcava. que el problema de degradación persiste. Además, el control parcial no ataca el punto donde se origina la cárcava, es decir, no controla erosión remontante. La rehabilitación total, considera la restauración total de la cárcava considerando la rehabilitación del sistema hidráulico, mediante estructuras de control permanentes y/o creando condiciones hidráulicas que reduzcan el escurrimiento superficial, mediante canales colectores, interceptores y/o de desviación, además de controlar la erosión remontante. Los principios anteriores permiten seleccionar el orden de ejecución de obras, la ejecución de obras debe iniciarse por donde sea más urgente. Clasificación de las obras de control Las barreras vivas, también han sido utilizadas como complemento a las obras de captación y desviación de aguas, como cunetas y zanjas, con el fin de incrementar la vida útil de estas últimas, así como para reducir la velocidad de las aguas de escorrentía y servir como trampas de sedimentos. Las barreras pueden ser sencillas, dobles o triples. Entre las especies más comúnmente empleadas pueden ser citadas: limoncillo (Cymbopogon citratus), citronela (Andropogon citratus), pasto imperial (Axonopus scoparius), cañabrava (Gynerium sagittatum), pasto vetiver (Vetiveria zizanioides), bambú (Bambusa sp.), leucaena (Leucaena sp.) y cabuya (Agave sp.), entre otras. Antes de proceder a rehabilitar una cárcava hay que definir las medidas correctivas que deberán adoptarse para el control y si estas se justifican en términos de valor de la tierra aguas arriba y abajo de la obra. El valor de la tierra puede considerarse en función de su rentabilidad, beneficio social, protección de la cuenca para conservación de una obra hidráulica, la protección aguas abajo de terrenos de riego, protección de vías de comunicación, áreas urbanas, infraestructura hidroagrícola, etc. Rehabilitación La rehabilitación y control de cárcavas considera dos principios básicos: 1) Rehabilitación parcial y 2) Rehabilitación total. El control parcial es muy económico, se utiliza cuando el objetivo no es corregir la cárcava totalmente, solo es una medida preventiva. Esta solución es económica por la sencillez de las estructuras que se utilizan, pero no logra la recuperación del estado original del terreno, lo que implica 8 Las presas de control de azolves se clasifican de acuerdo al tipo de material empleado para su construcción y la vida útil de estos en permanentes y temporales. Dentro del grupo de estructuras permanentes, podemos ubicar las presas de mampostería, gaviones y presas de muro vivo; en las estructuras temporales se encuentran las presas de costales, piedra acomodada, ramas y palos (Figura 9). Selección de la estructuras de control de cárcavas De acuerdo con Pathat (2005), para seleccionar una estructura se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos: Tamaño del área de drenaje y escurrimiento máximo. Pendiente de la cárcava. Duración de la estructura. Disponibilidad de materiales para la construcción. Costos. Figura 9. Diferentes tipos de presas de control de azolves.
Bibliografía. FAO 1977. Guidelines for Watershed Management. Conservation. Guide No. 1. Rome, Italy. FAO. 293 pp. Heede, B. H. 1977. Gully control structure and system. FAO Conservation Guide. Rome, Italy. 181-222 pp. Hudson, N. W. 1981. Soil Conservation. Ithaca, New York, USA. Cornell University Press. Second Edition. Hudson, N. W. 1975. Field Engineering for Agricultural Development. Clarendon Press Oxford. London. Para área de drenaje pequeñas con cárcavas de forma en V y con flujo superficiales de menos de 1 m/seg es recomendable utilizar presas temporales como de ramas, troncos, alambre, costales, y de tierra. Para cárcavas medianas o grandes con áreas de drenaje mayores, velocidades del flujo de mas de 1 m/seg se recomienda la construcción de presas de permanentes de piedra acomodada, mampostería o de gaviones. Para cárcavas con pendiente entre 0 y 5% y pequeñas es recomendable suavizar los taludes y tratar de establecer vegetación ya sea con pastos, arboles que se propaguen en forma de estacas o matorrales. Cuando los suelos son muy erosionables, la revegetación se debe apoyar con el uso de costales de tierra, piedras, ramas o troncos. Para cárcavas pequeñas con pendientes de más de 5% se pueden utilizar las presas temporales y para cárcavas medianas y grandes es recomendable utilizar presas permanentes. Disponibilidad de materiales. La construcción de las presas temporales y permanentes estará en función de los materiales que estén disponibles en la zona de trabajo y que puedan ser transportados a bajo costo. Costos. Este aspecto es muy importante ya que se tiene que considerar la colocación de los materiales en el sitio de la obra, el transporte, acarreo y la mano de obra para la construcción. Estos costos son variables de acuerdo con la localización del sitio por trabajar y las vías para movilizar los materiales a utilizar. Por lo que se tienen que tomar en cuenta para realizar las acciones que tengan el menor costo y la mayor eficiencia en el control de azolves. Ministery of Agriculture Food & Rural Affairs. 1988. Gully erosion control. Factsheet. Pathat, P., S.P. Wan, and R. Sudi. 2005. Gully Control in SAT Watershed. Global Theme in Agroecosytem Report No. 15. International Crop Research Institute for Semiarid Tropic. 28 pp. Rivera-Posada, J. H. 1998. Control de cárcavas remontante en zonas de ladera mediante tratamientos biológicos. Cenicafé. Avance Técnico 256. Cenicafé@cafecolombia.com SARH. Colegio de Postgraduados. 1991. Manual de Conservación del Suelo y del Agua. Montecillo, Estado de México. México. 581 pp. Schwab, G.O., D.D. Fangmeier., W.J. Elliot, and R.K. Frevert. 1993. Soil and Water Conservation Engineering. Fourth Edition. New York. USA. John Wiley & Sons Inc. 507 pp. World Bank. 1988. A method of vegetative soil and moisture conservation. New Delhi, India. 1-72 pp. www.dpi.vic.gov.au/dip/nren Elaboraron: Mario R Martínez Menes mmario@colpos.mx Erasmo Rubio Granados erubio@colpos.mx José Luis Oropeza Mota oropeza@colpos.mx Carlos Palacios Espinosa c.palacios.e@gmail.com Especialidad de Hidrociencias del Colegio de Postgraduados, Montecillos, Estado de México. 2009 9